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Voiture autonome et connectée et facteurs humains : Apport de l’ergonomie cognitive dans la compréhension de l’interaction de l’humain avec la voiture de demain

Céline Lemercier

Céline Lemercier (CL) est professeure des universités en psychologie et ergonomie cognitive au laboratoire CLLE (Equipe LTC), UMR CNRS 5263 depuis 2015. Ses activités scientifiques s’organisent autour de l’étude du contrôle attentionnel et de ses défauts dans les activités humaines complexes (conduite automobile, agriculture, production industrielles).

Introduction

Demain, des systèmes intelligents partageront avec l’humain l’activité de conduite. D’ici à 2050, certains d’entre eux assureront même, en totale autonomie, le transport des humains, mais aussi des animaux ou de matériels…  Aujourd’hui, en 2018, la voiture autonome est un projet technologique ambitieux et qui, s’il tient l’ensemble de ses promesses, révolutionnera demain la façon dont l’homme considère la voiture, l’activité de conduite, la mobilité et plus largement sa place dans un environnement routier interconnecté et autonome.

S’il est essentiel de relever le défi technologique qui permettra un jour de concevoir un système intelligent capable de conduire seul un véhicule, il est tout aussi essentiel de penser dès à présent aux modes d’interaction que l’homme aura avec ce système afin qu’il soit adapté à lui. L’ergonomie cognitive tend à relever ce défi pour que la voiture de demain et celle d’après-demain répondent à ce que l’humain souhaite ou au contraire refuse, considère utile ou non, est en capacité de réaliser ou non suivant son âge, son expertise au volant, ses caractéristiques personnelles… A cette fin, le chercheur en ergonomie cognitive va alors développer des protocoles scientifiques d’investigation du comportement humain, utilisant pour se faire les modèles théoriques issus de la psychologie cognitive, des méthodes (exploratoires et expérimentales) et des mesures (comportementales et physiologiques).  Après une description de ce qu’est l’activité de conduite, des tâches qui incombent actuellement au conducteur et de l’évolution de l’autonomisation des véhicules depuis le début du 20eme siècle, nous aborderons les questions principales posées  par l’interaction de l’humain avec les véhicules semi-autonomes (de demain) et autonomes (d’après demain) et auxquelles l’ergonomie cognitive tend à apporter des réponses.

 


Qu’est-ce que conduire ?

L’activité de conduite est définie depuis 1938 comme « un type de locomotion à travers un champ spatial, psychologiquement analogue à la marche mais au moyen d’un outil ». Elle implique trois entités: Le conducteur (qui supervise l’activité), l’environnement et le véhicule.   Pour l’humain, l’activité de conduite est essentiellement perceptivo-attentionnelle. Au niveau perceptif, la vision et l’audition sont les deux canaux sensoriels les plus sollicités. Leur intégrité ou au moins leur correction correcte est requise pour assurer de bonnes performances de conduite et la sécurité du conducteur, de ses passagers et des autres protagonistes de la route. Au niveau cognitif, l’attention permet le traitement du flux continu d’informations différentes issues de l’environnement routier et du véhicule.

Deux types de comportements sont généralement étudiés en conduite: la performance de conduite d’une part, et le risque d’accident d’autre part.  La performance de conduite est évaluée dans le cadre d’études expérimentales sur route réelle, circuits fermés, ou sur simulateur de conduite. Le risque d’accident est étudié dans le cadre d’études épidémiologiques, basées sur des rapports d’accidents ou sur l’analyse de questionnaires complétés par des conducteurs. La performance de conduite et le risque d’accident sont des mesures complémentaires qui et ne peuvent se substituer l’une à l’autre.


Les trois taches principales du conducteur

On résume l’activité du conducteur au volant par trois tâches: le guidage, la navigation et l’identification des risques.

Le guidage consiste à maitriser le positionnement tant latéral (sur sa voie) que longitudinal (vitesse, accélération, freinage, distances inter-véhiculaire) du véhicule sur la route. La navigation consiste à identifier dans l’environnement des indices permettant de se situer et ainsi de déterminer le chemin à suivre pour arriver à destination. L’identification des risques repose sur le recueil des indices sur la route elle-même (état de la chaussée) le contexte routier (le trafic), et les autres usagers. Trois types de dangers sont classiquement distingués sur la route.

90 à 95% des accidents de la route seraient la conséquence d’une erreur humaine relevant de l’une de ces trois tâches.  En supprimant le conducteur dans la boucle de la mobilité, la voiture autonome s’avère LA solution à ce problème. Comme nous le verrons dans la suite de ce billet, au-delà du défi technologique à relever, la voiture autonome devra prioritairement montrer sa fiabilité et sa flexibilité pour gagner la confiance de l’humain, clé essentielle à son acceptabilité à la fois sociale et pratique.

Les niveaux d’autonomisation des voitures

 

 


Figure 1. Les six niveaux d’automatisation des véhicules (Image Source: IQ Intel).   

La Society of Automotive Engineers (SAE, 2016) distingue 6 niveaux d’automatisation des systèmes de conduite autonome (Figure 1). Allant de 0 (i.e., aucune assistance à la conduite) à 5 (i.e., automatisation totale), ces niveaux varient en fonction des capacités du système et de la responsabilité accordée au conducteur. Ainsi, le niveau 0 correspond à un véhicule sans assistance. La 2CV ou encore la 4L constituent de bons représentants de ce type de véhicules. A partir du niveau 1, le conducteur est assisté par un système dans l’une des trois tâches qui lui sont classiquement dévolues. La plupart des voitures actuellement en circulation sont au moins dotées d’un système de niveau 1, correspondant à l’équipement d’un régulateur/limiteur de vitesse. Le niveau 2 correspond à une autonomisation partielle, le système est capable de prendre en charge de manière simultanée le contrôle longitudinal  (vitesse, accélération, freinage) et latéral (positionnement dans sa voie) du véhicule, mais seulement dans certaines situations et sous la supervision du conducteur. Par exemple, la fonction Park Assist (i.e., assistance au stationnement), prend en charge le guidage du véhicule mais toujours sous la supervision du conducteur qui est alors responsable en cas d’accident. Le conducteur jusqu’au niveau 2 reste maitre à bord, le système ne fait que l’assister. A partir du niveau 3, l’interaction de l’humain avec son véhicule change radicalement. Jusqu’alors conducteur, il devient passager-superviseur (niveaux 3-4) pour finir passager (niveau 5). Dans le même temps, d’assistant, le système devient coopérant (niveau 3) pour devenir conducteur du véhicule (niveau 4-5, prenant en charge l’ensemble de tâches relatives à l’activité de conduite). La googleCar ou encore la Tesla constituent les premières ébauches de la voiture de niveau 3. On peut cependant regretter qu’en faisant de l’espace routier un champ d’expérimentation grandeur nature, ces concepts roulants constituent un danger certain pour l’humain, comme en témoignent régulièrement les médias. Dans le même temps, les constructeurs et équipementiers automobile historiques adoptent une démarche plus méthodique et moins équivoque d’un point de vue éthique. En partenariat avec  des spécialistes en facteurs humains (psychologues, sociologues et ergonomes), ils elaborent le véhicule du futur en centrant leur réflexion sur l’acceptabilité de l’humain s’agissant des modalités d’interaction du système avec.

 

Les défis que pose la voiture autonome pour l’ergonomie cognitive.

La voiture autonome pose, quel que soit son niveau d’autonomisation, la question première de son acceptabilité par l’usager, qu’il soit conducteur, passager-superviseur, passager, cycliste ou piéton, qu’il soit enfant, adolescent, adulte jeune et âgé, qu’il sache ou non lire, qu’il soit ou non connecté, qu’il soit professionnel ou non de la route, etc… Elle devra donc faire la preuve de son utilité et de son utilisabilité dans le contexte de la mobilité humaine.

La voiture de demain sera une voiture de niveau 3. Elle pourra conduire sur de longues distances (autoroutes, nationales) tant qu’aucun aléa (défaut de ligne blanche, brouillard, couverture satellite faible, etc…) n’entravera son bon fonctionnement. Le conducteur pourra alors pleinement se focaliser sur des tâches annexes (lecture, visionnage de film, pratique de jeux vidéo, etc…) alors que le système gérera l’activité de conduite. Dès que le système ne pourra plus assurer l’activité de conduite en toute sécurité, il alertera alors le passager-superviseur (PS) de son inactivation imminente. Le PS devra alors reprendre la conduite manuelle. Se pose ici de nombreuses questions pour l’ergonome cognitiviste. Quel est l’effet provoqué par une longue période de pratique d’une activité annexe sur la capacité du PS à reprendre le volant d’un véhicule en roulage ? Y at’il des activités annexes à proscrire pour le PS afin qu’il soit en capacité de reprendre le volant ?  Le PS peut-il perdre la conscience qu’il est dans une voiture ? qu’il devra reprendre le volant sur demande ? Combien de temps après l’alerte du système est nécessaire pour qu’un PS puisse reprendre le volant en toute sécurité ? Lorsque le système sera à nouveau en mesure de reprendre le contrôle de l’activité de conduite, devra-t’il l’imposer ou juste le proposer au conducteur ?

Les travaux antérieurs ont montré que les conducteurs les moins expérimentés étaient également les plus à risques sur la route. L’émergence de la voiture de niveau 3 entrainera pour tous la réduction du nombre de kilomètres conduits (sans modification du nombre de kilomètres roulés), induisant une réduction de l’expertise au volant pour les uns (les plus âgés) et la difficulté à maintenir (voir l’incapacité à accéder à) un niveau expert au volant.  Comment permettre aux conducteurs de maintenir et/ou d’accéder à un niveau d’expertise satisfaisant de conduite afin que le PS soit en mesure de reprendre le volant dans les situations où son véhicule ne pourra plus assurer cette activité en toute sécurité ?  Cela imposera la révision de la façon dont on aborde la formation à la conduite.

Dans la voiture de niveau 5, Le système étant autonome, des voitures sans chauffeur circuleront potentiellement dans tous les espaces routiers. Elle pourra venir vous chercher à la fin de votre journée de travail ou déposer à son cours de solfège votre enfant alors que vous serez chez le coiffeur. Elle pourra aussi, alors que vous êtes passager avant gauche du véhicule, décider seule de changer d’itinéraire, ayant des éléments d’information sur le trafic que vous n’aurez pas. Se pose ici la question du niveau d’acceptabilité des services que ce type de véhicule pourrait rendre à l’humain. Enfin, ces voitures sans chauffeur circulant dans l’espace routier, devront interagir avec les autres protagonistes de la route. Cela nécessitera de développer une communication Véhicule-Humain et Humain-Véhicule permettant d’assurer une mobilité de tous en toute sécurité. Le véhicule devra donc informer de son état de roulage (par exemple, je suis arrêté/en roulage), ce qu’il perçoit (par exemple, j’ai vu un piéton sur le trottoir positionné face au trottoir lui faisant face), de son intention d’action (je vais maintenir ma vitesse à 50Km/h). L’humain en retour devra lui aussi fournir suffisamment d’information au véhicule afin d’éviter l’accident. Cette communication reste à inventer et ses modalités (visuelles, sonores, tactiles, etc…) encore à découvrir. Elle s’avère cependant essentielle pour que ce type de véhicules puisse un jour conquérir le réseau routier.

Les travaux que nous menons actuellement à Toulouse au laboratoire CLLE, en collaboration avec l’IRIT et des partenaires privés (Renault, Continental, Oktal, CEREMA), tentent d’apporter les premières réponses que pose l’interaction de l’humain avec la voiture de demain et d’après-demain. L’étude de l’interaction de l’humain avec ces véhicules de demain, d’abord sur simulateur de conduite (Simul’auto, Plate-forme MSH-CCU, Toulouse), puis sur circuit expérimental (Circuit AutoCampus, Université Paul Sabatier, Toulouse) permettra d’assurer une bonne acceptabilité de ces systèmes innovants en assurant que leur intégration sera source d’une meilleure sécurisation de la mobilité humaine.