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J'ai tout compris !

Mis à jour le 05/12/2019

Intégrez l’ergonomie et les facteurs humains

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Le principe de l’ergonomie consiste à se placer du point de vue de l’opérateur humain en s’extrayant des seules considérations techniques. Ainsi, sur notre exemple, du point de vue de l’opérateur humain, nous allons nous intéresser non pas à la technique de la gouverne ou au calculateur, mais à la tâche de gestion de la profondeur.

Au-delà de cette tâche élémentaire, nous allons regarder comment la gestion de la profondeur s’intègre dans la tâche principale des pilotes d’une compagnie aérienne, qui est d’amener les passagers d’un point A à un point B en respectant les principes de sécurité et les règles du transport commercial qui se traduisent en règlements, règles de l’art et savoir-faire.

Ainsi l’ergonomie contribue à acquérir un haut niveau de sécurité, ainsi qu’à l’efficacité opérationnelle et au confort des passagers. Ce qui requiert un niveau élevé de la performance du couple pilote-avion, que nous pouvons traduire par les exigences fondamentales suivantes : le cockpit doit être « sûr, facile à utiliser et facile à comprendre ».

La tâche

La méthode ergonomique commence par la compréhension et l’explicitation du travail des pilotes qui se décline en tâches. Notons qu’à cela s’ajoutent l’organisation et la répartition de ces tâches entre les membres de l’équipage.

Si nous reprenons l’exemple de la gouverne de profondeur, celle-ci permet de modifier l’attitude de l’avion en induisant un moment à piquer ou à cabrer. Cette fonction est la fonction « tangage ». Elle appartient à la tâche « piloter ».

Imaginons par exemple qu’un avion soit en descente après la phase de croisière et qu’il reçoive une consigne du contrôle aérien lui ordonnant une mise en palier. Si l’équipage a préalablement choisi un pilotage manuel de l’avion, c’est-à-dire sans utiliser le pilote automatique, le pilote aux commandes va tirer légèrement sur le manche afin de stopper la descente et mettre l’avion en palier, comme demandé par le contrôle aérien.

La gouverne de profondeur comme les calculateurs de commandes de vol sont des composants techniques de la fonction de tangage, mais pour agir de bonne façon sur cette gouverne au travers de calculateurs, le pilote a besoin d’ « interfaces ».

Les interfaces

En deuxième lieu, l’ergonomie va s’attacher à comprendre comment ces interfaces et les logiques des systèmes vont supporter au mieux les pilotes dans la fonction de tangage. Quelles sont ces interfaces utilisées par le pilote ?

Le pilote agit sur une commande, le mini-manche ou side-stick pour modifier la position de la gouverne de profondeur, la partie mobile du plan horizontal. Le mini-manche est l’interface de commande.

Mais ce n’est pas la seule interface dont un pilote a besoin. Pour contrôler ses actions et leurs effets, il lui faut un retour que nous appellerons « feedback ». Certains feedbacks sont naturels. Dans cette fonction de tangage, le pilote reçoit un feedback immédiat tactile et proprioceptif, représentant l’effet de son action manuelle sur le manche. Quasiment simultanément, il va percevoir le mouvement de l’avion par ses capteurs vestibulaires et musculaires.

D’autres feedbacks sont fournis par des systèmes de l’avion au travers d’indications, qui peuvent être visuelles, le plus souvent, mais également sonores ou tactiles. En poursuivant sur notre exemple, la fonction tangage, le pilote vérifiera aussi l’évolution de l’attitude de l’avion par des indications visuelles présentées sur l’ écran dédié à la tâche de « pilotage ».

La performance humain-machine repose en partie sur l’efficacité de ses feedbacks et la capacité du pilote à les percevoir et à les utiliser.

L’opérateur humain, avec ses capacités et limitations intrinsèques

La performance humain-machine dépend de la compétence des pilotes, et de leur performance individuelle un jour donné, des systèmes techniques et de l’environnement.

La performance humain–machine est ainsi la résultante de facteurs externes et internes à l’opérateur humain. Même si l’aéronautique s’efforce de standardiser au maximum les informations, les commandes, les modes opératoires d’un avion, une situation opérationnelle résultante des conditions environnementales du jour, dans un avion donné, avec un équipage donné, est toujours singulière.

Le quatrième point à prendre en compte dans une méthode ergonomique appliquée aux systèmes embarqués est l’environnement. Des facteurs extérieurs à l’avion peuvent impacter la trajectoire. Il faut donc fournir à au pilote et à l’équipage les moyens d’appréhender l’environnement extérieur.

Par exemple des conditions météorologiques, vent de travers, cisaillements de vent peuvent influencer significativement la trajectoire de l’avion (le tangage, en l’occurrence) et donc directement la charge de travail de l’équipage. Également le relief, dans des régions montagneuses, doit être pris en compte pour la gestion de la trajectoire. On citera, pour finir, les autres avions, le trafic, qui peuvent contraindre la trajectoire à suivre...

Ergonomie des IHM : critères de conception et d’évaluation

Critères d'utilisabilité de Nielsen :

  • Visibilité de statut du système

  • Correspondance entre le système et le monde réel

  • Contrôle de l'utilisateur

  • Consistance, normalisation

  • Prévention contre les erreurs

  • Reconnaissance plutôt que rappel

  • Flexibilité et efficience d'utilisation

  • "Design" esthétique et minimaliste 

  • Aide et documentation

  • Fonctions de l'aide (reconnaissance, diagnostic, et récupération d'erreurs)

Critères ergonomiques de Bastien et Scapin :

  • Guidage

  • Charge de travail

  • Contrôle explicite

  • Adaptabilité 

  • Gestion des erreurs

  • Homogénéité et cohérence

  • Signifiance des codes et dénominations

  • Compatibilité

Critères de la règlementation aéronautique :

  • CS 25-1302 Installed systems and equipment for use by the flight crew <=> Focus sur la tâche

  • (texte complémentaire : AMC 25-1302)

Mais comment, concrètement, intégrer les études sur la performance humaine dans la conception des cockpits ? Au même titre que s’est développée l’ingénierie système, il existe une ingénierie des facteurs humains.

Des exigences de conception et des critères ergonomiques, il existe un grand nombre de critères issus de l'ergonomie conventionnelle et de l’ergonomie des IHM (interface humain-machine), traitant des interactions clavier-écrans, des systèmes de types WIMPS (windows, icons, menus and pointing device systems).... Ces critères sont relatifs à l’utilité des informations et des commandes, à l’utilisabilité, la pertinence des feedbacks, la charge de travail, etc.

En sus de ces critères classiques, les autorités de certification ont donc défini des critères propres aux systèmes de bord

Par exemple, le critère « Intégration ». Il stipule que tout élément pouvant être utilisé par un pilote (une information, une commande, une logique de système) doit être conçu en assurant la cohérence avec le reste des éléments du cockpit. Ceci afin de minimiser les erreurs humaines et d’optimiser les efforts d’apprentissage. Cela s’applique à la forme et au sens des commandes comme aux principes d’automatisation. Par exemple, tirer sur le manche pour lever le nez de l’avion est un principe partagé sur tous les avions. Vous pouvez accéder au texte réglementaire en allant sur le site de l’EASA, l’agence européenne de certification, en consultant le règlement de certification CS 25-1302 et les textes l’accompagnant.

Lors de la conception de la nouvelle fonction d'un avion, ou d'une nouvelle IHM, nous nous attachons à étudier de façon approfondie les erreurs qui pourraient être produites au cours de l’utilisation de cette nouvelle fonction ou IHM. En particulier, comment empêcher la propagation d'une erreur humaine dans l'avion ou encore comment un opérateur humain peut-il détecter ses erreurs et celles de son coéquipier, et récupérer ces erreurs ?

Par exemple, les deux pilotes partagent plusieurs feedbacks visuels, proprioceptifs... associés à la fonction de tangage. Néanmoins, la seule existence de critères ergonomiques ne garantit pas une prise en compte appropriée des facteurs humains dans la conception. Il faut les ancrer dans un processus de conception et d’évaluation facteurs humains.

L’implémentation d’un processus de conception et d’évaluation

Il est nécessaire de mettre en place une ingénierie des facteurs humains, à savoir un processus de conception et d'évaluation facteurs humains intégré à l'ingénierie système au sens large du terme. Airbus a défini un processus de facteurs humains (FH) en s'inspirant du processus de conception centré utilisateurs, tel que défini dans la norme 9241 série 200.

C'est un processus itératif, impliquant les pilotes tout au long du cycle de conception d'une nouveauté, que ce soit une nouvelle fonction ou une nouvelle technologie... Il est fondé sur des approches analytiques et expérimentales. Nous puisons nos exigences dans des référentiels ergonomiques cités ci-dessus, mais une grande partie de nos connaissances « en facteurs humains » se construisent au cours d'interviews de pilotes et de séances de simulateur.

En effet, dans ce domaine, il est essentiel de traquer, anticiper et prendre en compte les possibles « dérives d’usage ». Il y a « dérive d’usage » quand un opérateur humain exposé à un nouveau système ou une nouvelle interface modifie progressivement sa façon d’interagir avec le nouveau système ou la nouvelle interface et parfois en s’éloignant significativement des hypothèses émises à la conception.

Le spécialiste FH doit conduire les études lui permettant de comprendre comment l’opérateur humain va s'approprier la nouveauté et va l'intégrer dans ses tâches. Ce travail de recherche sur les types d’appropriation possibles doit aussi permettre d'ajuster la conception aux modes d'utilisations des opérateurs futurs, dans leur diversité.

L'implication des pilotes a donc aussi cet objectif : d'appréhender la diversité des pilotes (âge, culture, expériences...) et les impacts sur l'utilisation de l'avion. C'est la raison pour laquelle il est nécessaire d'impliquer des pilotes représentant cette diversité.

Les compétences de l’ingénierie facteurs humains

Le troisième volet de l’ingénierie FH relève de la compétence FH : prise de décision, capacités attentionnelles, langage de procédure, perception sensorielle... Comprendre le comportement d’un opérateur humain relève de compétences en sciences humaines, tout à fait complémentaires des compétences opérationnelles, et de celles des sciences de l’ingénieur. La mise en place de compétences en psychologie cognitive, en physiologie, en linguistique, en sociologie est un atout majeur pour une prise en compte efficace des facteurs humains dans la conception des cockpits.

En résumé

Pour conclure, nous voulons insister sur 3 points importants :

  • la base de la méthode FH est la compréhension des tâches de l’opérateur humain, de l'IHM et de sa fonction en relation avec les tâches de l’opérateur, des environnements de vol et des capacités et limitations de l'opérateur humain ;

  • il existe aujourd'hui des connaissances et des compétences FH : il faut les intégrer dans les processus de conception et d'évaluation. Oubliez l'opposition sciences dures/sciences molles. Nous pouvons travailler ensemble ;

  • rester modeste : l’opérateur doit s’approprier une nouveauté, nous devons comprendre les conditions de cette appropriation et souvent, la meilleure façon de le faire, c’est de mettre l’opérateur en situation de travail, grâce à des exercices de simulation.

Dans cette partie, nous avons approfondi certaines connaissances métiers qui jouent un rôle fondamental dans notre cas d'étude. La partie suivante s'intéressera aux  contraintes réglementaires et à la sécurité en aéronautique.

Exemple de certificat de réussite
Exemple de certificat de réussite