I – Problématique et objectifs

1Les processus attentionnels jouent un rôle primordial dans la régulation de la tâche de conduite et de sa sécurité. L’introduction d’informations de navigation et de guidage dans le poste de conduite amène à s’interroger sur les risques de détournement de l’attention du conducteur de sa tâche principale et sur l’accroissement de sa charge mentale.

2D’un point de vue psycho-ergonomique, rappelons que la spécificité de la nouvelle situation ainsi créée peut être définie par trois caractéristiques principales :

• l’association d’une tâche principale (la conduite automobile) à une tâche secondaire (prises et traitements des informations délivrées par les systèmes d’information). Cette association avec une tâche secondaire pourra constituer une aide ou une perturbation de la tâche de conduite, en fonction des circonstances routières et de la modalité des informations présentées ;

• une forte contrainte de temps, exigée par la réalisation (en temps réel) de la tâche de conduite automobile, mais aussi nécessaire à la prise et au traitement des informations délivrées par le système d’informations ;

• des opérateurs aux capacités et motivations très variées (conducteurs novices/expérimentés, jeunes/âgés...).

3Dans le cadre de cette présentation, nous rappellerons tout d’abord les notions empiriques de charge mentale et ses méthodes d’évaluation, puis nous analyserons quelques modèles opérationnels. À partir de là, nous confronterons, lorsque c’est possible, les données expérimentales récentes concernant l’influence des informations de navigation embarquées sur la tâche de conduite aux modèles concernant la charge mentale et l’attention partagée. En conclusion, nous dégagerons les caractéristiques qui nous semblent nécessaires afin de définir un modèle plus complet de l’attention et de la charge mentale appliquées à ces tâches spécifiques.

II – La charge mentale et l’attention partagée

1. Notions de charge mentale

4Les ergonomes utilisent d’un point de vue pragmatique le concept de charge mentale afin de pouvoir évaluer le niveau d’occupation et l’effort exigé pour la réalisation d’une ou plusieurs tâches par l’opérateur.

5Pratiquement, diverses méthodologies ont été proposées pour évaluer la charge mentale d’un opérateur impliqué dans une ou plusieurs tâches, à partir d’indicateurs partiels et complémentaires observés, provoqués et enregistrés, telles des mesures psychophysiologiques (mesures des variables cardiaques, de la composante du potentiel évoqué P300, de l’EEG, de l’ EMG...), des analyses des comportements (explorations visuelles, éthogrammes...), des performances concernant la tâche principale (nombre d’erreurs, déviations de la trajectoire, modifications de la vitesse...) et celles concernant la tâche secondaire (explorations visuelles, temps de réactions, nombre d’erreurs...) et des évaluations de la charge subjective (questionnaires SWAT, TLX...).

6La charge mentale apparaît maintenant comme un concept multidimensionnel (Roscoe, 1987) et il apparaît heuristique d’analyser les principaux modèles concernant l’attention partagée et la charge mentale, développés historiquement au départ par la psychologie théorique et adaptés par l’ergonomie.

2. Modèles opérationnels

7L’attention a été définie par Heilman et al. (1987) par la formule lapidaire suivante : « the mechanisms by which we prepare to process stimuli focus on what to process, and determine how far it will be processed and whether it should call us to action ». Notons que si les trois catégories principales d’attention – l’attention soutenue, l’attention sélective, l’attention partagée – peuvent être activées lors de la tâche de conduite automobile, l’introduction dans le poste de conduite d’un système d’information complexe (systèmes de navigation ou de guidage) pose plus spécifiquement le problème du partage de l’attention entre la tâche de conduite et ce système d’information. En effet, l’attention partagée peut être définie comme un processus qui permet à l’opérateur de contrôler et de déplacer son attention pour réaliser deux ou plusieurs tâches simultanément.

8Les premiers modèles de l’attention partagée considéraient que l’opérateur disposait d’un canal unique d’attention flexible, partageable dans le temps et de capacité limitée (Broadbent, 1958 ; Welford, 1967 ; Moray, 1967 ; etc.), pour traiter les informations et ceci s’appuyait principalement sur le fait que lorsque l’opérateur devait effectuer deux ou plusieurs tâches simultanément, une dégradation des performances s’en suivait.

9A partir de là, les modèles concernant la charge mentale, influencés par ces modèles de l’attention, ont introduit la notion de « ressource » unique. En particulier, Kahneman (1973) a considéré que lorsque les contraintes d’une tâche s’accroissaient (soit par une augmentation de la difficulté de celle-ci, soit par l’association de tâches supplémentaires) les mécanismes de la vigilance (arousal) faisaient appel aux ressources de l’opérateur. Dès lors, l’effort nécessaire à la mobilisation de ces « ressources » allant en croissant, la performance diminuait et des réactions psychophysiologiques pouvaient apparaître (modification de la fréquence et de la variabilité cardiaque, etc.) ; c’est donc ces dernières réactions qui pouvaient être considérées comme des indicateurs de la charge mentale de l’opérateur. Ainsi, dans cette perspective la notion de ressources rendait compte de la composante énergétique de la charge mentale.

10Cependant, cette notion de ressources a fait l’objet de définitions sensiblement différentes selon les auteurs. Norman et Bobrow (1975) ont défini les « ressources » en y intégrant un aspect plus structuraliste (resources : such things as processing effort, the various forms of memory capacity, and communication channels...) et ont introduit le concept de « fonction performance-ressource » (P.R.F. : Performance-Resource Function) pour exprimer la relation sous-jacente entre la qualité de la performance et la quantité de ressources attentionnelles investies dans la ou les tâches considérées. Deux types de situations ou de tâches expérimentales peuvent être distinguées. La tâche dite « limitée par les données » (data limited) permet à l’opérateur d’atteindre une performance maximum avec un investissement faible ou moyen de sa ressource attentionnelle, car la quantité de données à traiter dans la tâche considérée reste relativement limitée. C’est le cas par exemple pour un conducteur conduisant sur une autoroute sans trafic ; ici les performances de conduite peuvent atteindre la perfection, tout en ne requérant qu’une petite partie des ressources attentionnelles. Par contre, la tâche dite « limitée par les ressources » (resources limited) exprime que la qualité de la performance est directement dépendante de la quantité des ressources attentionnelles disponibles ; en conséquence, si la tâche devient trop complexe ou s’il y a une tâche supplémentaire à effectuer, la performance en est proportionnellement affectée. C’est le cas où le conducteur conduisant sur une route comportant un trafic important (exigeant des ralentissements, des dépassements...) doit consulter un système de navigation ; les performances de la tâche secondaire ou même des deux tâches risquent d’être dégradées. L’intérêt de la P.R.F. est de permettre d’évaluer la quantité d’interférences entre deux tâches réalisées simultanément. Néanmoins, lorsque les deux tâches sont « limitées par les données » et que chacune d’entre elles fait appel aux ressources complémentaires, leurs performances respectives peuvent atteindre le maximum (par exemple, pour un investissement de 40 % de ressources pour la tâche A et de 60 % pour la tâche B, les performances respectives pour la tâche A et B restent parfaites). Par contre, lorsque les deux tâches sont « limitées par les ressources », la P.R.F. prévoit que les performances respectives concernant chaque tâche vont être proportionnellement et complémentairement dégradées en fonction des ressources engagées. De plus, compte tenu que chaque sujet expérimental peut répartir stratégiquement ses ressources attentionnelles selon la proportion désirée sur chacune des tâches, la combinaison de deux courbes P.R.F. permet de visualiser la performance à chacune des deux tâches sur une même courbe d’un graphe dénommé « caractéristique opératoire de la performance » (P.O.C. : Performance Operating Characteristic ; Norman et Bobrow, 1975 ; Wickens et Yeh, 1985). Par exemple, lorsqu’un conducteur placé dans une situation routière complexe (comportant un trafic important) choisit d’allouer la majorité de ses ressources attentionnelles à la tâche de conduite, il préserve par cette stratégie la sécurité de cette dernière, avec le risque de ne plus pouvoir prendre en compte toutes les informations visuelles délivrées par le système de navigation embarqué.

11Soulignons que les P.R.F. et P.O.C. sont des méthodes intéressantes, surtout utilisables pour des situations relativement simples de laboratoire, afin d’évaluer les ressources attentionnelles nécessaires pour différentes tâches partageant le même type de performances ou des performances similaires. Malheureusement, en situation réelle, des tâches distinctes requièrent d’évaluer des performances distinctes (par exemple les performances obtenues à la sous-tâche de suivi de la trajectoire ou tracking) pour la conduite automobile et les performances définies par les durées et le nombre de consultations visuelles sur l’écran de navigation ; de ce fait, ces performances ne peuvent pas être représentées directement avec la même échelle pour les deux axes de la courbe P.O.C. (la solution empirique qui consiste à convertir chacune des deux échelles distinctes en une échelle standardisée ne peut être utilisée dans tous les cas ; Wickens et Yeh, 1985). D’autre part, ces modèles d’une ressource attentionnelle unique décrits ci-dessus n’ont pas pu rendre compte de certains résultats obtenus dans des situations de doubles tâches (McLeod, 1977 ; Wickens, 1984). En effet, ces dernières études ont montré qu’il n’y avait pas de diminution des performances lors de situations de doubles tâches complexes ; plus précisément, il est apparu que si l’interférence entre tâches dépendait de la complexité respective des tâches, elle dépendait aussi des structures perceptivo-cognitives impliquées dans le traitement des informations.

12Ces difficultés ont amené le développement de modèles de ressources multiples afin de rendre compte de la diversité des performances des opérateurs obtenues en situation de tâches doubles et multiples. Parmi les modèles proposés, nous retiendrons, d’un point de vue opérationnel, le modèle de Wickens (1984) dans lequel l’ensemble structuré de ressources multiples peut être défini par trois ou quatre grandes caractéristiques suivantes : les modalités des informations présentées (visuelle/auditive), les étapes de leurs traitements (l’encodage/le traitement central/la réponse), les codes de l’encodage et du traitement central (verbal/spatial ou analogique), les types de réponses (manuel/verbal). Ainsi, ce modèle de Wickens permet de rendre compte, d’une part, des interférences entre deux tâches concurrentes lorsque celles-ci font appel aux mêmes ressources et, d’autre part, que ces interférences n’apparaissent plus lorsque les deux tâches font appel à des ressources distinctes. De plus, Wickens et al. (1984) ont étendu leur théorie en proposant le principe de compatibilité « stimulus – processus central – réponse » (S.C.R.) afin de rendre compte de la plus ou moins grande compatibilité entre tâches ; par exemple, les tâches spatiales apparaissent plus compatibles avec des modalités visuelles de présentation des informations et des réponses manuelles, tout comme les tâches verbales le sont avec les modalités auditives de présentation des informations et des réponses par le moyen du langage. On peut cependant regretter que cette théorie des ressources multiples n’intègre pas les effets de l’expérience des opérateurs afin de rendre compte des différents niveaux d’habileté et du développement des automatismes dans la réalisation des tâches.

13En effet, il apparaît que l’exécution automatique d’actions spécifiques se met progressivement en place grâce à la pratique répétée des tâches considérées (Fisk, Ackerman et Schneider, 1987 ; Schneider et Schiffrin, 1977) et de ce fait ces dernières ne requièrent plus une évaluation approfondie de la situation ou une élaboration complexe des réponses ; en particulier, les automatismes concernant les actions élémentaires peuvent s’intégrer dans une « unité molaire » (Kahneman, 1973). Ces automatismes s’appuient principalement sur un mécanisme d’intégration des habiletés élémentaires (développées pour chaque tâche) en une habileté générique (intervenant pour deux ou plusieurs tâches ; Neuman, 1987), mais aussi partiellement sur le développement de connaissances déclaratives et procédurales (Anderson, 1983). Ainsi, ce processus d’automatisation totale ou partielle (en interaction avec le processus contrôlé) réduit la charge attentionnelle nécessaire à la réalisation de tâches complexes.

III – application aux tâches de navigation

14Nous présenterons ici très brièvement les résultats de quelques expérimentations pertinentes concernant la situation de double tâches « conduite automobile-carte de navigation », en essayant de les confronter, lorsque c’est possible, aux modèles de la charge mentale et de l’attention partagée.

15L’analyse des prises d’informations visuelles par le conducteur constitue un des révélateurs les plus pertinents de la répartition de l’attention sur les éléments de la scène routière et sur ceux du système d’information embarqué. Ainsi, Wierwille (1988) à mesuré les durées et le nombre de regards sur les instruments et commandes traditionnels du tableau de bord et sur un système de navigation, dans une situation de conduite à faible trafic routier. Ce système de navigation a été testé pour les différentes sous-tâches suivantes : rechercher la direction à suivre, vérifier si la direction suivie est correcte, déterminer le nom de la prochaine route à suivre sur l’itinéraire, déterminer la distance jusqu’à cette prochaine route, déterminer le nom de la prochaine route croisée (qu’elle soit ou non sur l’itinéraire).

16Les résultats (cf. tableau I) montrent que les quantités de prises d’informations sont globalement plus importantes pour les sous-tâches concernant le système de navigation que celles concernant les instruments traditionnels du tableau de bord (exception faite pour les regards dédiés à la recherche d’une station radio). De même, Labiale (1989) a montré que l’augmentation de la complexité des cartes de navigation embarquées (complexité qui était définie par le nombre de changements de direction et par la quantité d’informations reportées sur la carte) entraîne une augmentation proportionnelle du nombre de consultations visuelles. Ainsi, on peut conclure que les informations de navigation présentées dans le poste de conduite exigent pour le conducteur une charge mentale supplémentaire d’autant plus importante que celles-ci sont plus complexes.

17Dès lors, on est amené à rechercher plus précisément quels types d’interférences peuvent exister entre ces tâches (principale et secondaire). Ainsi, des mesures objectives et subjectives auprès des conducteurs en situations de conduite réelle, ont mis en évidence que lorsque le temps de prises d’informations visuelles des conducteurs sur la scène routière s’accroissait (en relation directe avec la représentation anticipée de la complexité de chaque situation routière), la proportion du temps de prises d’informations visuelles sur le système de navigation diminuait corrélativement (Wierwille, 1988). Ces résultat peuvent être interprétés en terme de deux P.R.F combinées et pourraient être représentés sous forme de P.O.C. dans le cadre de ressources limitées afin de rendre compte de l’influence de la répartition de l’attention sur la tâche jugée la plus importante : la tâche de conduite. Cependant, Mattews et Sparkes (1993) analysant les interférences entre tâche de conduite et tâche de raisonnement (concernant des informations visuelles ou auditives) n’ont pas retrouvé des relations du type P.O.C. et celles prévues par la théorie des ressources multiples.

18Par contre, la validité de la théorie des ressources multiples de Wickens (1984) semble bien vérifiée lorsqu’on compare l’influence des présentations écrites et orales de messages de guidage routier sur les performances de conduite. Par exemple, dans des conditions expérimentales de consultation d’un écran embarqué durant une tâche réelle de conduite, Labiale (1990) a montré que 48,1 % des conducteurs avaient la sensation de perdre le contrôle de la trajectoire lors d’une présentation visuelle de messages de guidage longs, alors qu’ils n’étaient plus que 5,5 % lors d’une présentation orale de ces mêmes messages.

19De plus, si on reprend en détail les résultats des expériences de Wierwille (1988) et de Labiale (1989,1994), on constate que la surcharge attentionnelle due au système de navigation visuelle s’exprime par une augmentation du nombre d’explorations visuelles alors que les durées de chaque regard restent relativement stables (cf. fig. 1). Autrement dit, tout se passe comme si le conducteur placé en situation d’attention partagée « tâche de conduite-carte de navigation », choisissait une stratégie spécifique de prises d’informations visuelles afin d’essayer de préserver la sécurité de la tâche de conduite. Ce résultat semble dépasser le simple cadre explicatif de l’attention partagée en termes de ressources simples ou multiples et suggère plutôt de faire appel à une notion de stratégie de gestion attentionnelle des traitements des informations et des réponses.

Figure 1. Influence de la complexité des informations présentées sur un écran embarqué et sur les consultations visuelles des conducteurs automobiles (Labiale, 1994)

20L’importance de cette notion de stratégie de gestion attentionnelle dans la prise d’informations visuelles semble par ailleurs bien illustrée par les résultats obtenus par Parkes, Ashby et Fairclough (1991), qui ont comparé l’utilisation d’un système de guidage (par flèche : Ali-Scout) et d’un système de navigation (par carte : Travel Pilot, adaptation européenne du système Etak Navigator) lors de la recherche d’un itinéraire sur un territoire inconnu. Tout d’abord, l’analyse des performances des explorations visuelles concernant l’utilisation de chacun des systèmes montre que le pourcentage de temps total passé pour les prises d’information sur l’écran était nettement plus important avec le système de cartes de navigation (14,1 %) qu’avec le système de guidage par flèche (7,5 %), ce qui était un résultat attendu ; mais, le plus intéressant est de noter que le système de navigation a entraîné un plus grand nombre de prises d’informations sur les parties latérales de l’environnement routier (servant au repérage), au détriment de celles consacrées à la partie centrale de la route (et donc au trafic). Autrement dit, tout se passe comme si la tâche de prises d’informations sur un système de navigation modifiait, d’une part, le nombre et la durée des explorations visuelles et, d’autre part, leurs répartitions sur la scène routière.

21Enfin, on peut regretter que les effets sur la tâche de conduite de la surcharge mentale et de l’attention partagée (occasionnées par ces systèmes de guidage et de navigation) n’aient pas été jusqu’ici évalués sur une longue période d’utilisation ; cet état de fait ne permet plus d’analyser la part des mécanismes de contrôle et d’automatisation concernant les processus attentionnels.

IV – Perspectives

22En bref, les recherches concernant la charge mentale due à la tâche de conduite automobile et aux systèmes d’information sont encore trop rares et portent sur des situations expérimentales trop simplifiées (par exemple, une simple tâche de suivi de trajectoire ou tracking...) pour qu’il soit possible d’en dégager des conclusions valides et prédictives sur les modes d’interférences entre ces tâches. Il faut souligner la complexité des processus engagés dans la tâche de conduite automobile (en situation réelle de trafic), mais aussi lors de l’utilisation d’un système de navigation embarqué. Rappelons que la tâche de conduite automobile et la tâche d’utilisation d’un système de navigation ou de guidage embarqué sont constituées par un ensemble complexe, interactif et dynamique de sous-tâches très différentes, nécessitant la mise en œuvre de processus cognitifs de niveaux différents, tels que les niveaux opérationnels, tactiques et stratégiques (Michon, 1985).

23Ainsi, afin de pouvoir évaluer précisément l’attention partagée et la charge mentale et de prédire l’interférence entre ces tâches complexes, il apparaît nécessaire de proposer un modèle qui intègre les caractéristiques suivantes :

• les capacités limitées de prises et de traitements des informations et la notion de ressources ;

• la structure des processus de prises et de traitements des informations impliqués dynamiquement dans chacune des deux tâches (principale et associée) ;

• les stratégies de gestion de l’attention ;

• le développement de processus automatiques (apprentissage et habiletés) et contrôlés de l’attention ;

• les représentations de l’effort réel et/ou anticipé par l’opérateur.

24En conclusion, l’introduction de ces nouveaux systèmes d’informations dans la voiture, offre une opportunité fructueuse pour développer un modèle plus complet de l’attention et de la charge mentale dans le cadre des situations complexes, simulées ou réelles, de la tâche de conduite.