Vitesse du processus et temps partagé : planification et concurrence attentionnelle - article ; n°4 ; vol.100, pg 629-660

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L'année psychologique - Année 2000 - Volume 100 - Numéro 4 - Pages 629-660
Résumé
Cette expérience, réalisée sur un micromonde dynamique présenté aux sujets comme le commandement d'unités de combat contre des feux de forêt, réplique les résultats d'une expérience antérieure (Hoc et Moulin, 1994) qui montraient une stabilité de la performance entre une vitesse rapide et une vitesse lente du processus. En interposant une vitesse moyenne entre les deux vitesses extrêmes, la présente expérience met en évidence un effet d'optimum qui conforte l'interprétation antérieure en termes de changement de stratégie. On peut interpréter la stabilité de la performance comme le résultat du passage d'une stratégie réactive à une stratégie anticipative atteignant progressivement les limites de compétence des sujets. En introduisant des conditions de gestion de tâches en temps partagé (plusieurs feux), on montre en revanche une amélioration progressive de la performance avec la réduction de la concurrence attentionnelle à l'étape de planification.
Mots-clés : situation dynamique, vitesse du processus, temps partagé, planification, attention.
Summary : Process speed and time-sharing : Planning and attentional concurrence.
This experiment, carried out on a dynamic microworld described to the subjects as the command of units fighting against forest fires, reproduces the results of a previous experiment (Hoc & Moulin, 1994), which showed a stability in performance between a high and a low process speed. By interposing a medium speed between the two extreme speeds, the present experiment showed an optimum effect that provides us with more evidence in favour of a strategy shift. Performance stability can be interpreted as the result of shifting from a reactive strategy to an anticipative one progressively reaching the subjects' competency limit. On the other hand, by introducing conditions of time-sharing task management (several fires), a progressive improvement in performance was shown in relation to the reduction of attentional concurrence at the planning step.
Key words : dynamic situation, process speed, time-sharing, planning, attention.
32 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 2000
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Jean - Michel Hoc
R Amalberti
G. Plee
Vitesse du processus et temps partagé : planification et
concurrence attentionnelle
In: L'année psychologique. 2000 vol. 100, n°4. pp. 629-660.
Résumé
Cette expérience, réalisée sur un micromonde dynamique présenté aux sujets comme le commandement d'unités de combat
contre des feux de forêt, réplique les résultats d'une expérience antérieure (Hoc et Moulin, 1994) qui montraient une stabilité de
la performance entre une vitesse rapide et une vitesse lente du processus. En interposant une vitesse moyenne entre les deux
vitesses extrêmes, la présente expérience met en évidence un effet d'optimum qui conforte l'interprétation antérieure en termes
de changement de stratégie. On peut interpréter la stabilité de la performance comme le résultat du passage d'une stratégie
réactive à une stratégie anticipative atteignant progressivement les limites de compétence des sujets. En introduisant des
conditions de gestion de tâches en temps partagé (plusieurs feux), on montre en revanche une amélioration progressive de la
performance avec la réduction de la concurrence attentionnelle à l'étape de planification.
Mots-clés : situation dynamique, vitesse du processus, temps partagé, planification, attention.
Abstract
Summary : Process speed and time-sharing : Planning and attentional concurrence.
This experiment, carried out on a dynamic microworld described to the subjects as the command of units fighting against forest
fires, reproduces the results of a previous experiment (Hoc & Moulin, 1994), which showed a stability in performance between a
high and a low process speed. By interposing a medium speed between the two extreme speeds, the present experiment showed
an optimum effect that provides us with more evidence in favour of a strategy shift. Performance stability can be interpreted as
the result of shifting from a reactive strategy to an anticipative one progressively reaching the subjects' competency limit. On the
other hand, by introducing conditions of time-sharing task management (several fires), a progressive improvement in
performance was shown in relation to the reduction of attentional concurrence at the planning step.
Key words : dynamic situation, process speed, time-sharing, planning, attention.
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Hoc Jean - Michel, Amalberti R, Plee G. Vitesse du processus et temps partagé : planification et concurrence attentionnelle. In:
L'année psychologique. 2000 vol. 100, n°4. pp. 629-660.
doi : 10.3406/psy.2000.28666
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/psy_0003-5033_2000_num_100_4_28666L'Année psychologique, 2000, 700, 629-660
LAMIH, PERCOTEC, CNRS UMR 8530
Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrèsis1 *
I MASSA CERMA Brétigny2 **
VITESSE DU PROCESSUS
ET TEMPS PARTAGÉ :
PLANIFICATION ET CONCURRENCE ATTENTIONNELLE
par Jean-Michel Hoc*, René AMALBERTI**
et Gwenaëlle PLEE*
SUMMARY : Process speed and time- sharing : Planning and attentional
concurrence.
This experiment, carried out on a dynamic microworld described to the
subjects as the command of units fighting against forest fires, reproduces the
results of a previous experiment (Hoc & Moulin, 1994), which showed a
stability in performance between a high and a low process speed. By interposing
a medium speed between the two extreme speeds, the present experiment showed
an optimum effect that provides us with more evidence in favour of a strategy
shift. Performance stability can be interpreted as the result of shifting from a
reactive strategy to an anticipative one progressively reaching the subjects'
competency limit. On the other hand, by introducing conditions of timesharing
task management (several fires), a progressive improvement in performance
was shown in relation to the reduction of attentional concurrence at the
planning step.
Key words : dynamic situation, process speed, time- sharing, planning,
attention.
1. BP 311, 59304 Valenciennes Cedex. E-Mail : jean-michel.hoc@univ-
valenciennes.fr ; http://www.univ-valenciennes.fr/LAMIH/
2. BP 73, 91223 Brétigny-sur-Orge Cedex. E-Mail : rene-a@imaginet.fr 630 Jean-Michel Hoc, René Amalberti et Gwenaëlle Plee
I. INTRODUCTION
La résolution de problème a surtout été étudiée par la psy
chologie expérimentale dans des paradigmes de transformation
d'états discrets, par exemple la transformation d'expressions
logiques, les cryptogrammes, les échecs ou la tour de Hanoi
(Newell, 1990 ; Newell et Simon, 1972). Il s'agit aussi de situa
tions statiques, du point de vue du sujet, puisqu'elles restent
stables quand ce dernier n'intervient pas. Dans ces recherches,
l'accent a été mis sur les activités de compréhension et d'élabo
ration de procédures. La psychologie ergonomique s'est aussi
intéressée à des situations dynamiques qui ont leur dynamique
propre et que le sujet (l'opérateur) ne contrôle que partiell
ement. Ces situations sont aussi diverses que le contrôle de pro
cessus industriel (ex. : Bainbridge, Lenior et van der Schaaf,
1993 ; De Keyser, 1988, 1990 ; Woods, 1988) ou le contrôle de
trafic aérien (ex. Bisseret, 1995). La synchronisation entre la
dynamique du processus à contrôler et le développement des
activités cognitives apparaît comme une question majeure
située au centre des typologies cognitives des situations dyna
miques (Cellier, 1996 ; Hoc, 1996). C'est ainsi que ces recherches
ont mis l'accent sur le thème du contrôle cognitif. Après
Rasmussen (1986) qui soulignait l'articulation entre le contrôle
cognitif fondé sur les connaissances déclaratives, les règles ou
les automatismes, Hollnagel (1993) a introduit des distinctions
plus fines (stratégies purement réactives, opportunistes,
tactiques et stratégiques). C'est aussi sur le contrôle cognitif
que Reason (1993) a établi son approche de la gestion des
erreurs.
Depuis quelques années, un nouveau courant de recherche
expérimentale s'est développé en Europe et aux États-Unis sur
la résolution de problèmes dynamiques, qualifiés de complexes
(Brehmer, 1995 ; Dörner, 1980 ; Eyrolle, Mariné et Maille, 1996 ;
Frensch et Funke, 1995 ; Moray, Lootstein et Pajak, 1986 ; Morr
is, Rouse et Fath, 1985). Dans une large mesure, cette commun
auté considère la complexité en relation aux caractéristiques
dynamiques des situations. Nous n'entrerons pas ici dans une
discussion approfondie de la notion de complexité, liée au
nombre d'éléments et de relations à prendre en considération, du processus et temps partagé 631 Vitesse
parmi lesquels la dynamique propre au processus contrôlé,
échappant en partie à l'effet des actions du sujet. Nous considé
rerons seulement sa manipulation comme une façon de provo
quer des changements dans les modes de contrôle cognitif pour
étudier les propriétés de ce dernier.
Puisqu'il s'agit de situations qui évoluent en partie hors du
contrôle du sujet, ce dernier doit maintenir en permanence à
jour une représentation occurrente de l'histoire de la situation
(Hoc et Amalberti, 1995), pour prendre les décisions approp
riées. Cette porte évidemment d'abord sur
l'environnement. C'est la « conscience de la situation »', au sens
de Endsley (1995), qui intègre les informations brutes, leurs
interprétations en relation aux buts des opérateurs et leurs pro
jections dans le futur. Mais cette représentation intègre aussi le
sujet lui-même (des plans et des métaconnaissances pour la ges
tion des risques et des coûts ; voir notamment Valot, 1998). Si
cette représentation permet de comprendre la situation (évolu
tion de l'environnement et des ressources cognitives) pour agir,
grâce à des diagnostics et des pronostics, elle comporte aussi des
problèmes dont la résolution immédiate est souvent incompat
ible avec les exigences à court terme de contrôle de la situation.
Or, le risque majeur, pour le sujet, est celui de perdre la maîtrise
de la situation, c'est-à-dire de ne pas pouvoir la circonscrire dans
des limites où il sait pouvoir la gérer.
Comme l'a montré Amalberti (1996) dans des situations à
fortes contraintes temporelles (notamment le pilotage d'avions
de combat), en situation dynamique le sujet s'efforce de mainten
ir en permanence un compromis cognitif entre des exigences
multiples. En particulier, il cherche à répartir convenablement
le contrôle cognitif entre des activités subsymboliques peu coû
teuses, mais permettant un contrôle rapproché du processus, et
des activités attentionnelles très coûteuses permettant d'al
imenter la compréhension de l'évolution de la situation. La
réduction des coûts assure la maîtrise de la situation à court
terme, mais au prix de certaines incompréhensions. La recherche
d'une compréhension plus approfondie assure la maîtrise de la
situation à long terme, mais au prix d'une désynchronisation
entre la dynamique du processus et le développement des activi
tés cognitives.
1. Situation Awareness. 632 Jean- Michel Hoc, René Amalberti et Gwenaè'lle Plee
L'étude expérimentale du réglage d'un tel compromis en
situation réelle présente des difficultés méthodologiques, car il
est difficile de modifier la dynamique d'un même processus sans
que les opérateurs experts ne perdent les conditions de mise en
œuvre de leur expertise. Par ailleurs, les comparaisons entre
situations réelles différentes quant à leur dynamique sont sujet
tes à caution dans la mesure où d'autres caractéristiques peu
vent varier en même temps et rendre discutable l'interprétation
des différences observées. L'intérêt des micromondes, par rap
port aux situations réelles, est justement de permettre de faire
varier la dynamique d'une même situation, tout étant égal par
ailleurs. Néanmoins, ce type d'expérimentation ne va pas sans
poser de problèmes quant à leur validité écologique (Eyrolle
et al., 1996 ; Hoc, 1995 ; Rasmussen, 1993). Quand les situations
cibles sont des activités professionnelles correspondant à une
grande expertise (au sens de l'expérience acquise), une précau
tion minimale est de former chez les sujets examinés dans une
expérimentation des compétences vis-à-vis du micromonde de
même ordre que celles des professionnels vis-à-vis du processus
(évidemment beaucoup plus complexe) qu'ils contrôlent. Mais
on peut former les mêmes sujets à gérer le même processus avec
des dynamiques variées.
C'est ce que nous avons fait sur un micromonde (NEWFIRE,
développé par Levborg et Brehmer, 1991), reproduisant certai
nes des caractéristiques du commandement d'unités de combat
dans la lutte contre des feux de forêt. Cet « habillage » de la
tâche a pour seul objectif de faciliter la formation des sujets,
sans intention de simuler cette activité professionnelle. Une
première expérience (Hoc et Moulin, 1994) avait montré une
remarquable stabilité de la performance entre deux vitesses
extrêmes du processus, très rapide et très lente. Des données
complémentaires laissaient toutefois penser que cette même
performance était probablement obtenue au prix d'un change
ment profond de stratégie (en termes de gestion du contrôle
cognitif). Dans la présente expérience, nous avons introduit une
vitesse moyenne pour mieux cerner ce phénomène et mieux en
établir l'interprétation. Par ailleurs, nous souhaitions examiner
la robustesse de ce phénomène à des situations de partage de
temps entre plusieurs tâches, ce qui était rendu possible par
l'introduction de plusieurs feux à combattre, avec une concur
rence variable. du processus et temps partagé 633 Vitesse
II. PROBLEMATIQUE
II. 1. Vitesse du processus
Comme toutes les dimensions de caractérisation cognitive
des situations dynamiques, la vitesse du processus spécifie un
couplage entre un sujet et une tâche de contrôle de processus.
Elle renvoie à la fréquence d'échantillonnage nécessaire pour ne
pas manquer une prise de décision cruciale devant un événement
important. Si le sujet prend les informations avec une fréquence
réduite quand le processus est lent, il peut avoir encore le temps
de planifier sa réponse. En revanche, quand le processus est
rapide, il arrive qu'il soit trop tard. Bien entendu, l'expertise du
sujet peut lui permettre de réagir à temps à des informations
perçues avec retard.
La vitesse du processus contrôlé est un facteur manifeste qui
renvoie en fait à deux variables intermédiaires : la contrainte de
temps et le délai de rétroaction. En accélérant un processus, on
introduit une contrainte de temps sur le déroulement des activités
cognitives. En fonction de cette contrainte et selon une hypot
hèse désormais bien établie (Amalberti, 1996 ; Hoc, 1996), le
système cognitif configure une répartition optimale entre son
processeur symbolique (séquentiel et à capacité limitée) et ses
processeurs subsymboliques (parallèles et à capacité élevée),
pour maintenir une performance optimale. Sur ces distinctions
entre processeurs, on peut également se référer à Rasmussen
(1986), Reason (1993), Richard (1980) et Wickens (1984). Le
processeur symbolique ou « attentionnel » est plus particulièr
ement sollicité par les activités de planification, les processeurs
subsymboliques par les automatisées (sans recours à la
représentation symbolique consciente). La contrainte de temps
est donc susceptible de produire une réduction des activités de
planification au profit d'une activité plus automatisée. Mais la
vitesse du processus raccourcit aussi le délai de rétroaction qui
sépare l'action de son effet. Ceci peut avoir pour conséquence un
meilleur fonctionnement de la boucle de rétroaction qui permet
de corriger l'action en fonction de ses résultats. Ce mécanisme
est probablement d'autant plus nécessaire que l'activité est
automatisée. En résumé, en accélérant la vitesse du processus 634 Jean- Michel Hoc, René Amalberti et Gwenaëlle Plee
contrôlé, on conduit le sujet à prendre davantage de risques (de
perte de maîtrise de la situation), car il planifie moins et donc
anticipe moins, mais on lui permet des corrections plus aisées
par une réduction du délai de rétroaction. On peut donc
s'attendre, dans certaines conditions (compétences procédurales
satisfaisantes), à une stabilité de la performance, malgré l'accé
lération, avec un éventuel effet d'optimum.
Hoc et Moulin (1994) avaient réalisé une première expérience
sur le même micromonde pour étudier l'effet de la vitesse du pro
cessus sur la planification. Ils avaient opposé deux vitesses
extrêmes, qui ont été reprises dans la présente expérience, en
interposant une vitesse moyenne pour examiner un éventuel
effet d'optimum. Ils ont obtenu trois principaux résultats en
relation avec l'accélération du processus, dans le cas d'une tâche
relativement difficile (quand la tâche était trop simple, ces résul
tats ne se manifestaient pas). En premier lieu, la planification en
temps réel s'amenuisait au profit d'une initiale
(réduction des replanifications). En second lieu, la performance
se maintenait à un niveau au moins aussi satisfaisant, ce qui
supposait la mise en œuvre de stratégies différentes de gestion
des ressources et des risques. Enfin, en troisième lieu, les plans
verbalisés s'avéraient de plus en plus schématiques, ce qui pou
vait laisser penser à une réduction de la finesse du contrôle sym
bolique de l'activité, au profit de la mise en jeu d'un contrôle
subsymbolique moins aisé à verbaliser.
II. 2. Temps partagé entre plusieurs tâches
La problématique du partage de temps entre plusieurs tâches
est très proche de celle de l'attention (Cellier et Eyrolle, 1992 ;
Richard, 1980 ; Wickens, 1984) et de l'opposition entre mécanis
mes symboliques et subsymboliques (Raufaste, Eyrolle et
Mariné, 1998 ; Shiffrin et Schneider, 1977). Essentiellement, le
partage de temps entre tâches introduit un certain parallélisme
dans le traitement des (en particulier la protection des
intentions : cf. Amalberti, 1996) pour la gestion duquel deux cas
de figure peuvent se présenter (s'agissant de deux tâches) :
— soit l'une des tâches peut être automatisée ou, au moins,
articulée avec la première pour ne constituer qu'une seule
tâche ; Vitesse du processus et temps partagé 635
— soit les deux tâches requièrent le processeur attentionnel : il
faut alors gérer la concurrence entre les tâches par une alte
rnance de l'attention accordée à chacune.
Dans les situations que nous examinons, aucune des tâches
ne peut être automatisée, ce qui conduit le sujet à procéder à une
gestion symbolique du partage de temps. Selon le paradigme que
nous avons choisi, on a fait varier le délai de séparation entre les
tâches :
— quand il était court, on maximisait la concurrence à l'étape
de planification de l'action, où les exigences attentionnelles
sont majeures ;
— quand il était de longueur moyenne, on permettait une pla
nification successive, en réduisant ainsi la concurrence, sans
pour autant la lever entièrement ;
— quand il était long, la première tâche pouvait être maîtrisée
(début de mise en œuvre du plan) avant la survenue de la
seconde.
Cette analyse conduit à prédire une détérioration de perfo
rmance avec la réduction du délai de séparation entre les tâches.
Hoc et Govaere (1995) avaient déjà exploré la réalisation de
tâches en temps partagé (plusieurs feux à combattre) sur ce
micromonde, dans des conditions identiques, à ceci près qu'ils
n'avaient retenu que la plus lente des trois vitesses choisies dans
la présente expérience. Mais les mêmes délais de séparation entre
les tâches avaient été adoptés. Dans cette étude, les auteurs
avaient pu comparer les effets respectifs de la réduction des res
sources externes (réduction des moyens disponibles sur une seule
tâche) et de la réduction des ressources internes (double tâche
avec des moyens disponibles constants). Cette comparaison n'a
pas été reprise dans la présente expérience, car elle avait déjà
montré clairement que les effets négatifs du partage de temps
entre plusieurs tâches étaient essentiellement attribuables à la
réduction des ressources internes (partage de l'attention). La des externes avait plutôt tendance à
améliorer les performances en orientant vers des stratégies plus
optimales.
Ces auteurs avaient aussi mis en évidence l'importance de la
formation préalable dans ce type d'expérience. Le principal
résultat de cette étude avait été l'émergence de deux groupes de
sujets très contrastés quant à leur efficacité, du fait de diffé- 636 Jean-Michel Hoc, René Amalberti et Gwenaëlle Plee
rences non réduites par la formation. Les uns ne parvenaient
jamais à maîtriser la première tâche avant la survenue de la
seconde. Dans la mesure où, dans ce micromonde, une tâche non
maîtrisée se complexifie avec le temps, les performances de ces
sujets se dégradaient à mesure que le temps de séparation
s'allongeait. Les autres sujets, au contraire, maîtrisaient de
mieux en mieux la première tâche avec le temps et l'accroiss
ement du délai de séparation conduisait à une amélioration des
performances. Cette observation nous a conduits à considérable
ment améliorer la formation prévue pour la présente expérience.
Dans l'étude précédente, on notait que, plus les tâches étaient
concurrentes (court délai de séparation), moins la seconde tâche
était correctement analysée et moins les plans étaient efficaces
pour cette tâche considérée comme secondaire.
III. MÉTHODE
III. 1. Le micromonde newfire
Une présentation plus détaillée, en Français, de ce micromonde pou
vant être trouvée dans Hoc et Moulin (1994), nous nous restreindrons ici
aux caractéristiques directement pertinentes à l'intelligibilité des données.
III .I.A. Tâche générique
Ce micromonde se présente sous les traits d'un feu de forêt, non pas
pour reproduire les caractéristiques d'une situation réelle, dont elle ne
représente qu'une pâle imitation, mais pour faciliter l'acquisition des habi
letés à gérer ce micromonde par des sujets tout venants. L'interface est
composée d'un damier de 18 cases sur 18, représentant une carte de la forêt,
d'indications sur le temps déjà écoulé depuis le début de la partie (au-des
sus de la carte de forêt) mesuré en périodes (de durée variable selon les
conditions expérimentales) et d'un tableau d'indications sur les différents
paramètres de la simulation (côté droit de l'écran : cf. fig. 1) :
— des informations sur la vitesse et la direction du vent (qui vont rensei
gner le sujet sur la forme et la vitesse de propagation du feu) ;
— des sur l'état et la position des unités de combat dont il
dispose pour éteindre le feu ; elles sont mises à jour une fois par période.
Les déplacements des unités de combat sont commandés par une souris
(pression lorsque le pointeur est sur la case où est l'unité, suivie d'une autre du processus et temps partagé 637 Vitesse
Time: 24 Fires: 17
6 7 8 9 10 11 I2 |13 (14 15 18 1 3 4 5 16|17 180 2 135^, ^225 A A
B B 90 (/ ) 270 M
5 C C El 5
45^_^315 D D
E E 11 m/s
F F Uniti C14 Inactive
G G Unit2H1 5 Moving
Unit3C13 Fighting fire H I ^■2|8|x
Unit4 G13 Moving 1 Unit5C1 4 J J Unit6H1 5 Inactive
K K Unit7 D13 Fighting fire
Unit8 H1 6 Watching L L
M M Uniti N N Unit2H17
0 0 Unit3
Unit4G17 P P
Unit5C15 Q Q Unit6
R R Unit7
1 3 4 6 7 8 trr 12 b 14 15 16 17 Unit8 2 5 10 18
Fig. 1. — Interface de NEWFIRE (d'après L0vborg et Brehmer, 1991)
Le damier représente un quadrillage de la forêt, les cases grisées des zones
brûlées, les cases noires (sur cette reproduction en noir et blanc) des zones en
feu, les grands chiffres les positions des unités de combat et les petits les cibles à
atteindre, commandées aux unités. Le bandeau supérieur donne le numéro
d'ordre de la période et le nombre de cases en feu. De haut en bas, dans la partie
droite de l'écran, on présente : la direction et la vitesse du vent (de 11 m/s dans
cette illustration générique), la position de chaque unité et son état, ainsi que
les cibles à atteindre par les unités.
NEWFIRE interface
The square pattern represents a decomposition of the forest into unitary areas,
the grey cells burnt areas, the black (on this copy in black and white) cells burning
areas, the large digits fire-fighting unit locations, and the small digits the targets
ordered to the fire-fighting units. The upper display shows the time unit number and
the burning cells frequency. From top to bottom, in the right part of the screen, the
wind speed (11 m/s in this generic illustration) and direction, each fire-fighting
unit location, state, and target are presented.
pression sur la case cible). Le chemin parcouru est toujours le plus court. La
lutte contre le feu est automatique : l'unité combat un feu quand la case où
on lui commande d'aller est en feu. L'unité est alors bloquée jusqu'à
l'extinction du feu. Elle doit arriver sur la case avant que celle-ci ait pu
propager le feu aux cases voisines pour arrêter la propagation.
La vitesse sélectionnée pour le vent dans cette expérience était de
15 m/s, ce qui amenait au type de propagation présenté sur la figure 2.

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