Rapidité du processus contrôlé et planification dans un micro-monde dynamique - article ; n°4 ; vol.94, pg 521-551

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L'année psychologique - Année 1994 - Volume 94 - Numéro 4 - Pages 521-551
Résumé
On examine l'effet de la rapidité du processus contrôlé sur les stratégies de planification dans la gestion d'un micromonde dynamique utilisant la métaphore de la commande d'unités de combat pour lutter contre un feu de forêt. On montre que (a) lorsque le processus est lent, les sujets ont tendance à planifier leur activité en temps réel et à un niveau de précision très élevé, au risque de s'enfermer dans des détails tactiques au détriment des aspects stratégiques, (b) quand le processus est rapide, les sujets planifient leur activité plutôt au début et de façon schématique, au risque de négliger des détails tactiques importants. Dans l'ensemble, les performances obtenues dans les deux conditions, avec ces stratégies différentes, sont au moins équivalentes, avec une supériorité du processus rapide en nombre d'opérations quand la tâche est difficile. Les sujets procèdent donc à un changement de stratégie globale qui leur permet d'être au moins aussi performants.
Mots-clés : planification, micro-monde dynamique, rapidité du processus.
Summary : Controlled-process speed and planning in a dynamic micro-world.
The effect of controlled-process speed on planning strategies in the management of a dynamic micro-world — Newfire (from Levborg and Brehmer, 1991) — was examined using the metaphor of a fire-fighting command unit battling a forest fire.
The comparison between real processes — in particular between a very slow process such as a blast furnace (Hoc, 1991) and a very rapid process such as a fighter aircraft (Amalberti et Deblon, 1992) — suggested some hypotheses. When the process is slow, planning is expected to develop in real-time and at a schematic level to avoid useless commitments because time is available to instantiate plans when they are implemented. When temporal constraints on activity are weak, resource and risk management should be a minimal part of the activity. On the contrary, when the process is rapid, planning should only take place before execution and at a very precise level because replanning may be impossible. Resource and risk management should play a central role. The present experiment shows that : (a) when the process was slow, subjects tended to plan their activity in real-time and at a very precise level, taking the risk of confining themselves within tactical details to the detriment of strategic aspects ; (b) when the process was rapid, they tended to plan their activity at the beginning and in a schematic way, taking the risk of neglecting important tactical details. On the whole, performances observed in the two conditions, with different strategies were at least equivalent. There was decreased operation frequency in the rapid-process condition when the task was difficult. Thus subjects changed their global strategy, which enabled them to be at least as effective. The ecological validity of the results is discussed in relation to expertise that subjects acquired to perform the task.
Key words : planning, dynamic micro-world, process speed.
31 pages
Source : Persée ; Ministère de la jeunesse, de l’éducation nationale et de la recherche, Direction de l’enseignement supérieur, Sous-direction des bibliothèques et de la documentation.
Publié le : samedi 1 janvier 1994
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Rapidité du processus contrôlé et planification dans un micro-
monde dynamique
In: L'année psychologique. 1994 vol. 94, n°4. pp. 521-551.
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Rapidité du processus contrôlé et planification dans un micro-monde dynamique. In: L'année psychologique. 1994 vol. 94, n°4.
pp. 521-551.
doi : 10.3406/psy.1994.28787
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/psy_0003-5033_1994_num_94_4_28787Résumé
Résumé
On examine l'effet de la rapidité du processus contrôlé sur les stratégies de planification dans la gestion
d'un micromonde dynamique utilisant la métaphore de la commande d'unités de combat pour lutter
contre un feu de forêt. On montre que (a) lorsque le processus est lent, les sujets ont tendance à
planifier leur activité en temps réel et à un niveau de précision très élevé, au risque de s'enfermer dans
des détails tactiques au détriment des aspects stratégiques, (b) quand le processus est rapide, les
sujets planifient leur activité plutôt au début et de façon schématique, au risque de négliger des détails
tactiques importants. Dans l'ensemble, les performances obtenues dans les deux conditions, avec ces
stratégies différentes, sont au moins équivalentes, avec une supériorité du processus rapide en nombre
d'opérations quand la tâche est difficile. Les sujets procèdent donc à un changement de stratégie
globale qui leur permet d'être au moins aussi performants.
Mots-clés : planification, micro-monde dynamique, rapidité du processus.
Abstract
Summary : Controlled-process speed and planning in a dynamic micro-world.
The effect of controlled-process speed on planning strategies in the management of a dynamic micro-
world — Newfire (from Levborg and Brehmer, 1991) — was examined using the metaphor of a fire-
fighting command unit battling a forest fire.
The comparison between real processes — in particular between a very slow process such as a blast
furnace (Hoc, 1991) and a very rapid process such as a fighter aircraft (Amalberti et Deblon, 1992) —
suggested some hypotheses. When the process is slow, planning is expected to develop in real-time
and at a schematic level to avoid useless commitments because time is available to instantiate plans
when they are implemented. When temporal constraints on activity are weak, resource and risk
management should be a minimal part of the activity. On the contrary, when the process is rapid,
planning should only take place before execution and at a very precise level because replanning may
be impossible. Resource and risk management should play a central role. The present experiment
shows that : (a) when the process was slow, subjects tended to plan their activity in real-time and at a
very precise level, taking the risk of confining themselves within tactical details to the detriment of
strategic aspects ; (b) when the process was rapid, they tended to plan their activity at the beginning
and in a schematic way, taking the risk of neglecting important tactical details. On the whole,
performances observed in the two conditions, with different strategies were at least equivalent. There
was decreased operation frequency in the rapid-process condition when the task was difficult. Thus
subjects changed their global strategy, which enabled them to be at least as effective. The ecological
validity of the results is discussed in relation to expertise that subjects acquired to perform the task.
Key words : planning, dynamic micro-world, process speed.L'Année psychologique, 1994, 94, 521-552
MEMOIRES ORIGINAUX
CNRS, LAMIH
Université de Valenciennes1
RAPIDITÉ DU PROCESSUS CONTRÔLÉ
ET PLANIFICATION
DANS UN MICRO-MONDE DYNAMIQUE2
par Jean-Michel Hoc et Ludovic Moulin
SUMMARY : Controlled-process speed and planning in a dynamic
micro-world.
The effect of controlled-process speed on planning strategies in the
management of a dynamic micro-world — newfire (from Levborg and
Brehmer, 1991) — was examined using the metaphor of a fire-fighting
command unit battling a forest fire.
The comparison between real processes — in particular between a
very slow process such as a blast furnace (Hoc, 1991) and a very rapid
process such as a fighter aircraft (Amalberti et Deblon, 1992) — suggested
some hypotheses. When the process is slow, planning is expected to deve
lop in real-time and at a schematic level to avoid useless commitments
because time is available to instantiate plans when they are implemented.
When temporal constraints on activity are weak, resource and risk mana
gement should be a minimal part of the activity. On the contrary, when
the process is rapid, planning should only take place before execution and
at a very precise level because replanning may be impossible. Resource
and risk management should play a central role. The present experiment
shows that : (a) when the process was slow, subjects tended to plan their
1. Équipe percotiîc, Le Mont Houy, BP 311, F 59304 Valenciennes cedex.
2. Ce travail a bénéficié du soutien financier de I'inrs. Jean-Michel Hoc et Ludovic Moulin 522
activity in real-time and at a very precise level, taking the risk of confining
themselves within tactical details to the detriment of strategic aspects ;
(b) when the process was rapid, they tended to plan their activity at the
beginning and in a schematic way, taking the risk of neglecting important
tactical details. On the whole, performances observed in the two condit
ions, with different strategies were at least equivalent. There was de
creased operation frequency in the rapid-process condition when the task
was difficult. Thus subjects changed their global strategy, which enabled
them to be at least as effective. The ecological validity of the results is di
scussed in relation to expertise that subjects acquired to perform the task.
Key words : planning, dynamic micro-world, process speed.
INTRODUCTION
La plupart des recherches expérimentales en psychologie de
la résolution de problème ont été menées dans des situations sta
tiques, qui ne se transforment que sous l'effet des actions du
sujet (les disques de la traditionnelle tour de Hanoi ne bougent
pas sans que le sujet ne les déplace, la résolution d'un problème
de géométrie n'avance pas sans que le sujet ne progresse vers la
solution, etc.). Les situations dynamiques, au contraire — celles
où le sujet interagit avec un processus qui a sa dynamique
propre (par exemple dans la lutte contre un feu de forêt) — n'ont
pas reçu la même attention de la part des expérimentalistes.
Toutefois, la psychologie ergonomique les a étudiées depuis long
temps, dans le domaine du contrôle de processus industriels ou
des transports. Leur approche expérimentale récente (voir par
exemple Rasmussen, 1990) se justifie par les enjeux ergono
miques importants de la mise à l'épreuve de modèles appropriés
pour gérer au mieux des situations présentant souvent de hauts
niveaux de risque. Mais, il va de soi que la plupart des situations
de la vie courante sont dynamiques (ne serait-ce que parce que
le sujet agit rarement seul : par exemple, le conducteur d'une
automobile doit tenir compte de l'inertie de son véhicule, du
comportement des autres usagers de la route, etc.).
Les recherches empiriques dans les situations de contrôle
de processus industriels sont abondantes, même si on se res
treint à celles qui ont adopté des approches cognitives (voir
Hoc, Cacciabue et Hollnagel, 1994). Mais elles n'ont pratique- Planification et rapidité d'un processus à contrôler 523
ment pas donné lieu à des paradigmes expérimentaux repro-
ductibles, les rares paradigmes existants ayant été plutôt déve
loppés par des psychologues expérimentalistes (voir Rasmus-
sen, 1990). Si les situations de contrôle de processus — plus
généralement de supervision d'environnements dynamiques —
font apparaître certaines caractéristiques invariantes de l'acti
vité — en particulier son caractère anticipatif, par opposition à
la conception erronée mais par trop répandue qui considère
l'opérateur humain comme un système réactif — elles mettent
aussi en évidence une grande variété de stratégies de supervi
sion et de modes de représentation des connaissances sur les
systèmes. Ces situations sont donc loin d'être homogènes du
point de vue cognitif et il faut chercher à les caractériser de ce de vue (Hoc, 1993). Mais il est très difficile de tester les
effets des facteurs constituant une telle typologie de situations
dynamiques dans des situations de terrain. Les situations se dif
férencient selon plusieurs facteurs et il est impossible d'attribuer
sans conteste des différences au niveau de l'activité à un fac
teur particulier. Cependant, il est possible d'émettre des hypo
thèses raisonnables qu'il convient ensuite de tester sur des
paradigmes expérimentaux qui permettent de séparer les fac
teurs étudiés et de reproduire, avec une validité satisfaisante,
certaines des caractéristiques des situations-cibles.
Il en va ainsi de l'un des facteurs définissant l'une des dimens
ions de cette typologie : la rapidité du processus. Ce facteur
est l'un des plus importants à considérer dans la mesure où les
contraintes de temps qu'il véhicule peuvent affecter le dérou
lement même des activités cognitives dont les constantes de
temps réduisent, dans certains cas, les possibilités de mise en
œuvre. Dans la mesure où l'on peut également introduire des
contraintes de temps dans la gestion de situations statiques,
l'étude des effets de ce facteur a une portée plus générale. Toutef
ois, dans une situation dynamique, la rapidité du processus
est plus profondément ancrée dans la situation que ne l'est la
contrainte de temps qui se superpose aux caractéristiques
d'une situation statique. Dans le premier cas, le non respect des
caractéristiques temporelles du processus peut rendre la prise
de décision impossible à mettre en œuvre ou la situation peut
avoir évolué de façon telle que la décision n'a plus de perti
nence : il faut reprendre l'analyse de la situation avec de nouv
elles données. Dans le second cas, l'action peut être tardive
tout en gardant son sens et sa pertinence. 524 Jean-Michel Hoc et Ludovic Moulin
Nous définirons d'abord le facteur rapidité du processus en
renvoyant à des travaux de terrain qui permettent de fonder
des hypothèses en ce qui concerne ses effets sur l'activité.
Pour tester ces hypothèses, nous nous sommes tournés vers un
paradigme expérimental qui nous a paru approprié pour étu
dier cette question et qui s'appuie sur la métaphore de la lutte
contre un feu de forêt. Nous en présenterons les principales
caractéristiques. Nous avons vu trois types d'intérêts à utiliser
ce paradigme, dans cette expérience et dans d'autres qui vont
suivre :
1) le logiciel qui définit ce micro-monde est largement para
métrable et permet de faire varier les facteurs qui nous i
ntéressent ;
2) il est utilisé par d'autres chercheurs, ce qui permet de
confronter des résultats obtenus sur la même situation et
de tirer parti d'un véritable paradigme ;
3) les connaissances prérequises pour développer, chez les
sujets, une expertise sur cette situation, sont à la portée
d'un grand nombre de personnes.
La validité écologique de ces paradigmes tient rarement aux
métaphores utilisées pour les présenter aux sujets. Il s'agit
d'habillages dont l'objectif essentiel est de faciliter l'assimila
tion de la situation grâce à des connaissances d'ores et déjà
disponibles chez des sujets tout venants (ex. : la progression
d'un feu avec du vent, le déplacement d'unités mobiles de comb
at, etc.). Leur intérêt réside plutôt dans leur capacité à repro
duire des activités de supervision dans des situations épurées,
sans les déformer trop notablement, et à obtenir des résultats
dont la portée de généralité dépasse largement le paradigme.
Les paradigmes doivent renvoyer à des classes de situations
réelles, qui ne sont pas nécessairement celles qu'on évoque à
partir de l'habillage utilisé. Ce renvoi, comme le fait fort just
ement remarquer Rasmussen (1993), est assuré par l'intermé
diaire d'une théorie qui s'applique à la fois au paradigme uti
lisé et à des situations de terrain. Il ne s'agit évidemment pas
d'une correspondance terme à terme entre les tâches : la rela
tion est assurée par la similarité de certaines des activités
cognitives développées dans les différents cas.
S'agissant de reproduire, non une tâche, mais une situation
— c'est-à-dire un système « sujet-tâche » (Hoc, 1987) — les
caractéristiques objectives de la tâche sont, en soi, insuffisan
tes à traiter de la validité écologique. Il faut aussi gérer les Planification et rapidité d'un processus à contrôler 525
connaissances préalables du sujet sur la tâche qui vont le con
duire à en constituer une représentation, c'est-à-dire définir pré
cisément son expertise. C'est ainsi que la modification des pa
ramètres d'une situation expérimentale en relation métaphor
ique avec une réelle peut considérablement gêner des
sujets experts de la situation réelle et rendre sa validité écolo
gique problématique en ce sens. En revanche, la même situa
tion, déformée à des fins expérimentales, peut être tout à fait
gérable par des sujets non spécialistes qu'on a formés en con
séquence. On aboutit alors à une construction apparemment pa
radoxale qui rend un micromonde de lutte contre un feu de forêt
non valide pour des officiers sapeurs-pompiers professionnels,
mais des situations éventuellement très éloignées,
comme la conduite d'un avion ou d'un haut fourneau. C'est en
grande partie grâce à un contrôle important de la formation des
sujets qu'on peut gérer une telle validité.
Cette problématique est évidemment propre à la recherche
de paradigmes expérimentaux dans le domaine des micro
mondes, par réduction expérimentale. Elle n'est pas applicable
à la construction de simulateurs, essentiellement conçus pour
construire des situations didactiques en vue de former les opé
rateurs (Rogalski, 1994) ou des situations critiques, non obser
vables dans la réalité, en vue d'analyser leurs activités (Caccia-
bue et Kjaer-Hansen, 1993). En ce cas, toutes les caractéristi
ques cognitivement pertinentes de la situation-cible doivent
être reproduites pour que l'étude soit valide, étant donné son
objectif spécifique. Il n'est alors plus question de modifier en
quelque manière les caractéristiques de la dynamique du pro
cessus contrôlé.
I. LA RAPIDITÉ DU PROCESSUS
En s'intéressant aux situations dynamiques, il est naturel
d'accorder une attention particulière au « tempo » de leur
dynamique, c'est-à-dire à leur rapidité de déroulement. Même
si les actions du sujet ne sont pas directement impliquées, à
tout instant, dans le déroulement du processus — comme dans
les situations de conduite, par exemple dans la conduite d'une
automobile — les situations de supervision nécessitent au
moins de produire les actions au bon moment. Quand le pro
cessus est très rapide, le « créneau » tempore^où il faut agir 526 Jean-Michel Hoc et Ludovic Moulin
peut être très réduit. Il convient alors que le sujet ne se trouve
pas dans une situation de résolution de problème (élaboration
éventuellement fastidieuse d'une procédure) au moment où il
doit lancer sa réponse.
Les recherches dans ce domaine ayant largement montré
que l'opérateur évite consciencieusement les situations où il
devrait agir sur un mode réactif (sans préparation et devant
l'inattendu), il est donc raisonnable de penser qu'il développe
des stratégies d'anticipation pour gérer les processus rapides.
C'est bien ce qui ressort clairement des travaux menés sur la
situation extrême du pilotage d'avion de combat (Amalberti,
1992 ; Amalberti et Deblon, 1992). Le pilote passe un temps
important (souvent plus long que la mission elle-même) à pré
parer sa mission. Cette préparation vise à anticiper les inc
idents possibles pour tenir prêtes les réponses appropriées,
afin d'éviter des replanifications profondes du plan de vol, qui
ne sont pas réalisables, hormis l'abandon pur et simple de la
mission. Toutefois, la précision du plan initial est en relation
directe avec l'expertise, car les pilotes s'appuient sur des méta-
connaissances (c'est-à-dire des connaissances sur leurs pro
pres capacités ; Valot, 1990).
Aucun des pilotes examinés n'était, à proprement parler
novice : tous avaient une bonne connaissance du pilotage et des
métaconnaissances étendues. Mais certains étaient débutants
pour ce type de mission, au sens où ils manquaient d'exercice,
alors que d'autres étaient très experts, c'est-à-dire qu'ils étaient
très expérimentés. Ainsi, les débutants ont produit des plans développés, car ils savaient que certains incidents leur
poseraient des problèmes nécessitant la mise en œuvre d'acti
vités de planification et de replanification en temps réel. Sa
chant que la rapidité du processus ne leur permettrait pas de
conduire ce type d'activité dans ces conditions, ils cherchaient
à anticiper un grand nombre d'incidents possibles. En revan
che, les experts ont produit des plans plus succincts, en antic
ipant moins d'incidents, dans la mesure où ils considéraient
qu'ils pourraient répondre, en temps réel, à un certain nombre
d'incidents, par des habiletés déjà procéduralisées, sans avoir
à résoudre des problèmes nouveaux pour eux.
Cette activité de planification initiale est donc apparue dépen
dre considérablement d'une stratégie de gestion des ressources
et des risques, différents selon le niveau d'expertise. Toutefois,
dans les deux cas, les plans produits restaient très précis, en Planification et rapidité d'un processus à contrôler 527
mentionnant très explicitement un certain nombre de points
de passage bien définis de la trajectoire (certes moins nom
breux chez les experts). Cet objectif de précision permettait
aux uns et aux autres de se fixer des points, entre lesquels la
trajectoire réelle pouvait s'écarter de la trajectoire la plus
courte, mais sur lesquels toute déviation à la théo
rique pouvait se brancher pour rejoindre le plan. Cette exi
gence de précision peut également être mise en relation avec
la rapidité du processus : puisque toute replanification pro
fonde est impossible, il faut se donner des points de repères
précis pour que tout réajustement en temps réel ne conduise
pas à trop s'écarter du plan initial.
À un autre extrême — celui des processus très lents — la
conduite de haut fourneau, où toute décision peut être, sans
dommage, différée de plusieurs minutes, le cas de figure est
tout autre (Hoc, 1991). Les activités de planification peuvent
matériellement se dérouler en temps réel. Par ailleurs, la len
teur de certains phénomènes et la longueur de certains délais
de réponse (entre l'action et l'obtention de l'effet), qui peuvent
être de l'ordre de plusieurs heures, rend nécessaire l'adoption
d'une stratégie de « moindre compromission ». En l'absence
de certitude absolue sur le futur, qui réserve toujours les sur
prises de l'intervention de facteurs incontrôlés, il vaut mieux
travailler avec des plans schématiques qu'on raffine progressi
vement et qui fixent le cadre d'un ensemble d'interventions
pertinentes qu'on ne définira précisément qu'au moment où on
ne peut plus les différer. Ceci conduit à planifier en temps réel,
mais à éviter des plans trop précis qui conduiraient à des
replanifications qu'on aurait pu éviter. C'est ainsi que les opé
rateurs restaient peu explicites sur leurs anticipations, qui
s'apparentaient plus à des systèmes d'attentes globales, dans
le cadre desquels les informations et les décisions étaient sé
lectionnées.
En comparant ces deux types de processus, on est donc
tenté de considérer que plus le processus s'accélère :
1) plus les activités de planification vont se regrouper vers le
début de l'exécution ;
2) plus les stratégies de gestion des ressources et des risques
vont prendre d'importance dans le choix du plan ;
3) et plus les plans seront précis pour fournir des cadres opérat
ionnels à une activité procéduralisée qui réponde aux con
traintes de temps. Jean-Michel Hoc et Ludovic Moulin 528
Mais ces deux situations de terrain, prises pour référence,
montrent bien aussi que la rapidité du processus n'est pas le
seul facteur en jeu qui puisse être à la source de ces diff
érences de stratégies, bien qu'il soit raisonnable de le penser.
En particulier, la nature des risques encourus est assez diffé
rente. Certes, une erreur de conduite sur un haut fourneau
peut entraîner des surcoûts importants pour l'entreprise, mais
l'erreur de pilotage d'un avion de combat peut être fatale. Par
ailleurs, dans le premier cas, les informations sur les variables
cruciales du processus ne sont pas accessibles directement (il
faut alors faire des inferences qu'il faut prendre le temps de
tester), alors que dans le second cas l'accès aux informations
est plus direct. Ceci pourrait expliquer également l'opposition
observée entre des plans schématiques (stratégie de moindre
compromission) et des plans précis.
Même dans des simulations, si elles étaient possibles (ce
qui n'est pas le cas du haut fourneau), il est hors de question
de soumettre des experts à des situations où les constantes de
temps du même processus seraient différentes. Les compétenc
es acquises depuis longtemps par les experts pourraient les
conduire à considérer une situation où ces constantes seraient
changées, comme trop étrange pour pouvoir la traiter. On com
parerait alors une situation où l'expert peut pleinement mettre
en œuvre ses compétences (la situation réelle) à une situation
où elles pourraient n'être plus efficaces, voire même gênantes.
Les résultats obtenus à la suite d'une telle comparaison pour
raient alors être sujets à caution.
Il est donc clair que le recours à l'expérimentation sur un
processus paramétrable, avec des sujets explicitement formés
pour la traiter, est nécessaire. Pour isoler ce facteur — la rapi
dité du processus — en disposant de sujets également famil
iers des différents niveaux de rapidité, il n'est pas nécessaire
de faire appel à un processus très complexe. C'est vers un
paradigme, introduit d'abord par Brehmer et Allard (1991)
sous le vocable dessy — Dynamic Environmental Simulation
System — pour étudier la prise de décision dynamique en
temps réel, puis systématisé sous la forme du logiciel paramét
rable NEWFIRE (Lövborg et Brehmer, 1991), que nous nous
sommes tournés. Cet environnement nous permettait aisément
de modifier la rapidité du processus indépendamment des au
tres caractéristiques de la situation.

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