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La spatialité algorithmique Apports, limites et réductions de la personnalisati

La spatialité algorithmique Apports, limites et réductions de la personnalisation algorithmique dans l’assistance à la navigation et au wayfinding Thèse Teriitutea Quesnot Doctorat en sciences géomatiques Philosophiæ doctor (Ph. D.) Québec, Canada © Teriitutea Quesnot, 2016 La spatialité algorithmique Apports, limites et réductions de la personnalisation algorithmique dans l’assistance à la navigation et au wayfinding Thèse Teriitutea Quesnot Sous la direction de : Stéphane Roche, directeur de recherche Michel Lussault, codirecteur de recherche iii Résumé La présente thèse de doctorat s’intéresse à l’assistance à la navigation et à la planification d’itinéraires (wayfinding) fournie par les systèmes d’aide à la navigation — communément appe- lés « GPS » — et les plateformes cartographiques en ligne (p. ex. Google Maps). Les sciences cognitives, qui forment avec la géographie humaine le socle théorique et conceptuel de cette thèse, offrent deux énoncés de base : des instructions de navigation optimales incluent néces- sairement des points de repère à chaque changement de direction ; l’aide au wayfinding à partir d’un support cartographique n’est effective que si l’utilisateur acquiert ou dispose d’un mini- mum de connaissances spatiales. Dans un contexte où les données massives (Big data) pren- nent une ampleur considérable, la personnalisation algorithmique tend à s’imposer comme une norme ; une fonctionnalité que tout système « intelligent » se doit de proposer à ses utilisateurs. Pour une partie de la communauté scientifique, la personnalisation d’instructions de navigation et d’itinéraires est donc synonyme d’évolution. Cette assertion mérite cependant d’être confrontée à l’épreuve des faits. Car après réflexion, une personne qui parcourt un environnement connu utilise-t-elle nécessairement un GPS ? Auquel cas, a-t-elle forcément besoin d’un point de repère familier à chaque changement direction ? Dans le même esprit, a-t-elle réellement besoin d’un itinéraire personnalisé lorsqu’elle prépare ses déplacements à l’aide d’une plateforme cartographique ? Évaluer l’impact de la familiarité spatiale dans le choix de points de repère (en situation de navigation) et la planification d’itinéraires (à partir d’une plateforme cartographique) constitue l’objectif de recherche princi- pal de cette thèse. Celle-ci s’organise en deux volets complémentaires. Le premier se propose de vérifier à partir d’une expérimentation de navigation virtuelle s’il existe bien une relation statistiquement significative entre la familiarité spatiale et la saillance sémantique des lieux ur- bains. Le second volet se veut plus qualitatif et explore dans un premier temps les usages des plateformes cartographiques par le biais d’entretiens semi-directifs. Les stratégies cognitives de wayfinders familiers et étrangers aux villes de Québec et Montréal ont été analysées dans un se- cond temps à partir d’expérimentations basées sur la méthode de la pensée à voix haute. Spécifiquement, les résultats de cette recherche démontrent que les lieux qui bénéficient d’une attraction sémantique élevée captent l’attention des individus qui ont une connaissance préa- iv lable de l’environnement parcouru. Ces mêmes individus ont par ailleurs tendance à sélection- ner des points de repère familiers le long des itinéraires calculés automatiquement par la plate- forme cartographique. Si ces résultats accréditent la thèse algorithmique, il est important de souligner que cette manière de procéder limite l’acquisition de nouvelles connaissances spa- tiales. Elle peut également engendrer d’autres dommages chez l’utilisateur comme une dépen- dance vis-à-vis du système ou bien une diminution de sa capacité à interpréter une carte. Dans la mesure où ces éléments remettent en question les bénéfices de la personnalisation des sys- tèmes d’aide à la navigation et au wayfinding, il serait sans doute plus judicieux d’envisager des solutions qui favorisent l’engagement actif de l’utilisateur ; notamment dans la composition de l’itinéraire. v Abstract This Ph.D. research focuses on navigational and wayfinding aid provided by tools such as GPS systems and webmapping platforms (e.g. Google Maps). Cognitive sciences, which constitute the theoretical and conceptual foundation of this thesis along with human geography, show that optimal navigational instructions necessarily include landmarks along decision points (i.e. intersections where people have to change direction according to the scheduled itinerary). In addition, wayfinding assistance can be considered as truly effective only if users have (or ac- quire) a minimal spatial knowledge of the area they plan to visit. The Big Data phenomenon is now on the rise so that algorithmic personalization is considered as a standard; a feature that « smart » systems should offer. In this context, some researchers advocate the personalization of navigational and wayfinding assistance. However, this statement must be empirically supported. Indeed, do GPS users necessarily rely on such tools when they travel within familiar areas? In which case, do they need some naviga- tional instructions that systematically include a familiar landmark along each decision point? In the same vein, do they really need a customized route for planning their travels on webmap- ping platforms? Actually, assessing the impact of spatial familiarity on both the landmark selec- tion (during navigation) and the route planning (through a webmapping platform) is the main objective of this research. Specifically, the thesis is organized into two main parts. The first one is quantitative per se and investigates through a virtual navigation experiment the significance of the relationship between spatial familiarity and semantic salience of urban places. The second component is more qualitative. On the one hand, it explores the uses of webmapping plat- forms from a set of semi-structured interviews. On the other hand, cognitive strategies of lo- cals (inhabitants of the Province of Quebec) and strangers are obtained and compared through experiments based on the think-aloud method. In the end, this research indicates that places with a high semantic salience score are likely to grab locals’ attention. These people also tend to pick up personal and popular landmarks along the itinerary provided by the webmapping platform. Nevertheless, this approach restricts the acquisition of new spatial knowledge and affects users’ cartographic literacy at the same time. Those drawbacks lead me to argue that the improvement of navigational and wayfinding aid vi does not necessarily lie in the customization of the computed route and its directions. In my opinion, encouraging users to actively participate in the wayfinding process is a path that re- searchers in spatial cognitive engineering should explore. vii Table des matières RÉSUMÉ _____________________________________________________________________ III ABSTRACT ____________________________________________________________________ V TABLE DES MATIÈRES ______________________________________________________ VII LISTES DES TABLEAUX ____________________________________________________ XIII LISTE DES FIGURES _______________________________________________________ XIV LISTE DES ACRONYMES ET DES SIGLES ____________________________________ XVI REMERCIEMENTS _________________________________________________________ XIX CHAPITRE Ø INTRODUCTION GÉNÉRALE ______________________________________ 1 1. Le fragment d’un vécu spatial ___________________________________________________ 1 2. Une question préliminaire en guise de point de départ _______________________________ 5 3. But et portée de la présente recherche ____________________________________________ 8 4. Organisation du manuscrit de thèse ______________________________________________ 8 CHAPITRE 1 ASSISE THÉORIQUE ET CONCEPTUELLE ___________________________ 11 1. Un cadre théorique interdisciplinaire ____________________________________________ 11 1.1 Les sciences cognitives : un pilier fondamental ____________________________________________ 11 1.1.1 Aux origines des sciences cognitives ________________________________________________ 12 1.1.2 Le cognitivisme ________________________________________________________________ 13 1.1.3 Le connexionnisme _____________________________________________________________ 15 1.1.4 La cognition incarnée ___________________________________________________________ 16 1.2 L’ingénierie cognitive spatiale : un domaine de recherche appliquée issu de la science de l’information géographique (GIScience)_______________________________________________________________ 18 1.2.1 L’ingénierie cognitive ____________________________________________________________ 19 1.2.2 La cognition spatiale ____________________________________________________________ 21 1.2.3 Cognition et science de l’information géographique (GIScience) ___________________________ 23 1.3 La géographie « sociale » : une discipline en toile de fond ____________________________________ 26 1.3.1 L’espace géographique comme contenu de la relation sociale ______________________________ 26 1.3.2 Le lieu : un espace, une condition de l’expérience humaine _______________________________ 27 viii 1.3.3 Faire avec l’espace par le biais des compétences spatiales élémentaires _______________________ 29 2. Mentalisation spatiale, wayfinding, et locomotion _________________________________ 31 2.1 La mentalisation de l’espace __________________________________________________________ 31 2.1.1 Piaget et la représentation de l’espace chez l’enfant _____________________________________ 31 2.1.2 Le traitement de l’information et la représentation des connaissances en psychologie cognitive ____ 33 2.1.3 Les connaissances spatiales et leur acquisition _________________________________________ 35 2.1.4 La carte cognitive : images, propositions ou modèles mentaux ? ____________________________ 38 2.2 Le wayfinding ou comment (re)trouver son chemin _________________________________________ 41 2.2.1 Ce que le wayfinding n’est pas _____________________________________________________ 41 2.2.2 Le wayfinding comme composante exclusivement cognitive ______________________________ 42 2.2.3 Différences et similitudes hommes-femmes ___________________________________________ 44 2.2.4 Anxiété spatiale et wayfinding _____________________________________________________ 47 2.3 Locomotion ______________________________________________________________________ 48 2.3.1 Une brève définition de la navigation ________________________________________________ 48 2.3.2 La perception du corps et des mouvements ___________________________________________ 49 2.3.3 Locomotion et cognition _________________________________________________________ 50 3. La cognition au service de la navigation et du wayfinding ___________________________ 52 3.1 Navigation et wayfinding : du support à l’assistance __________________________________________ 52 3.1.1 Wayfinding versus navigation _____________________________________________________ 52 3.1.2 Les cartes, un support aux stratégies de navigation et de wayfinding ________________________ 53 3.1.3 Assister les wayfinders ? __________________________________________________________ 57 3.1.4 La navigation automobile assistée par GPS ___________________________________________ 59 3.1.5 Les GPS : usages et dérives _______________________________________________________ 60 3.2 Les systèmes de détection automatique de points de repère (ALDS) ____________________________ 62 3.2.1 La navigation et les points de repère ________________________________________________ 63 3.2.2 Deux typologies de points de repère ________________________________________________ 64 3.2.3 Identifier des points de repère grâce à la notion de saillance _______________________________ 65 3.2.4 Les deux premières générations d’ALDS _____________________________________________ 67 3.3 L’assistance personnalisée à la navigation et au wayfinding _____________________________________ 69 3.3.1 La personnalisation algorithmique sous l’ère uploads/Science et Technologie/ la-spatialite-algorithmique-apports-limi 1 .pdf