Erreurs humaines en aéronautique : une étude du lien entre attention et erreurs, Human error in aviation : an investigation of the links between attention and errors

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Sous la direction de Bernard N'Kaoua
Thèse soutenue le 05 juillet 2010: Bordeaux 2
Dans le domaine aéronautique, comme dans de nombreux autres domaines de la vie courante ou professionnelle, les erreurs ont souvent été associées à des défaillances attentionnelles. Nos travaux s’insèrent dans cette problématique, et sont plus particulièrement focalisés sur les variations de la capacité à allouer son attention sur une tâche donnée à la suite d’une interruption. Dans un premier temps, nous avons mis en place des expérimentations qui permettent d’évaluer l’étendue des variations de performances obtenues dans une tâche à la suite d’une interruption, en fonction des composantes attentionnelles sollicitées dans la tâche à exécuter. Dans un second temps, nous avons mis en place un indicateur fiable et objectif mettant en évidence des différences dans le fonctionnement physiologique cérébral en fonction de ces composantes attentionnelles. Dans un troisième temps, nous avons été amenés à vérifier l’effet de diverses interruptions dans des situations aéronautiques réalistes. Nos travaux permettent de conclure à l’existence de fluctuations de l’attention à la suite d’une interruption, fluctuations dont la conséquence peut se traduire par des variations de performances et par différentes stratégies de gestion des erreurs et des activités.
-Attention
-Interruptions
-Erreurs
-Eeg
-Aviation
In the aviation field, as in many other areas of personal or professional life, errors have often been associated with attentional failures. Our work is related to this issue, and is more particularly focused on variations of attention following an interruption. In a first step, we have set up experiments to measure changes in performance obtained in a task after an interruption. These variations are studied systematically according to various attentional components requested in the task at hand. In a second step, we have set up an indicator showing differences in the physiological functioning of the brain depending on these attentional components. Thirdly, we have tested the effect of various interruptions in realistic aeronautical situations. From our work, we conclude that there is a variation in attention after an interruption, the consequences of which can result in errors, performance variations, and differences in the management of errors and activities.
-Attention
-Interruption
-Errors
-Eeg
-Aviation
Source: http://www.theses.fr/2010BOR21715/document
Publié le : dimanche 30 octobre 2011
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Université Victor Segalen Bordeaux 2

Année 2010
Thèse n°1715
THÈSE
pour le
DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 2

Mention : Sciences Cognitives



Présentée et soutenue publiquement
Le lundi 05 juillet 2010
Par Xavier DEBROISE
Né(e) le 08 mai 1976 à Salon de Provence


Erreurs Humaines en Aéronautique
Une étude du lien entre attention et erreurs



Membres du Jury

M. Alain Léger, Professeur associé, ENSC (Examinateur)
M. Jean-Claude Marquié, Directeur de Recherche, CNRS - Toulouse II (Rapporteur)
M. Farid El Massioui, Professeur, Univ. Paris VIII (Rapporteur)
M. Bernard N’Kaoua, Professeur, Univ. Bordeaux II (Directeur de thèse)
Mme Hélène Sauzéon, Maître de Conférence, Univ. Bordeaux II (Examinateur)

2 REMERCIEMENTS





Tout au long de ces années de travail, de nombreuses personnes m’ont aidé et m’ont
accompagné. Au risque d’en oublier, je leur adresse d’ores et déjà à tous mes plus chaleureux
remerciements et ma reconnaissance.
Lors de ce travail, j’ai pu découvrir le monde de la recherche et son interface avec le
monde industriel, dans ses aspects les plus passionnants et les plus complexes. Avant tout autre,
je remercie donc particulièrement le Professeur Bernard N’Kaoua et le Docteur Alain Léger, pour
la confiance qu’ils m’ont accordée en me confiant ce travail de recherche.
Je remercie également Hélène Sauzéon, pour son implication, son aide, et ses conseils , à
bien des égards, ils m’ont toujours permis de progresser dans la bonne direction ,, ainsi que mes
rapporteurs, les Professeurs Marquié et El Massioui, pour leur gentillesse et pour avoir accepté de
faire parti des membres du jury.
Au sein de l’Université Bordeaux 2, de nombreuesersso npnes sont intervenues de près ou de
loin dans le cadre de mon travail, ou dans le dcea dqreuelques instants de récréation ! Je remercie
donc vivement Florian Larue et sa petite équiupre lap ocréation de l’environnement expérimentale,
Xia Zheng pour son calme et son opiniâtreté ed andso mlaine de l’EEG, Sabine Langevin, Marie
Charbonneau, Cristiane Diniz Marmayou, Jérôme Rgouderiz, Julien Modolo, David Iafrate, Gregory
Wallet, Brigitte Lapeyre, Sarah Bouaffre, Damilean . GaJ’en profite pour remercier l’ensemble des
doctorants que j’ai croisé au sein du laboratoeitr e,p our renouveler mes encouragements à ceux
pour qui le chemin paraît encore long.

Au sein de la société Thales, de nombreuses pereso nsnont également intervenues dans la
cadre de mon travail de thèse. Je remercie dosan c MEolintagnier, Yannick Leroux, Bruno Aymeric,
Xavier Servantie, Sylvain Hourlier, Thierry Ga,n illCehristian Nouvel, Bernard Dubourg, Sébastien
Dumay, Philippe Neto. Il est difficile de citet r let omuonde, et l’ensemble des personnes des éq uipes
SIH et des études avancées m’ont aidé et beaucpopuopr taé, et je les remercie chaleureusement.

J’ai également pu bénéficier de riches et passiontnensa discussions avec les personnes de la
Direction des essais en Vol de Thales, et pluisc upliaèrrtement Jacques Dumoulin et Bertrand Zundel,
3 et je les remercie vivement pour toute leur dibsipliotén iet pour m’avoir fait partager un peu dse leur
connaissances. Il en va de même de Jérôme SacClhe risetto phe Jauze, que je remercie pour les
mêmes raisons.

Bien entendu, je remercie tous les participant s onqtu iaccepté de subir quelques heures
d’expérimentations, et notamment les pilotes, ve neufsfectuer quelques vols de simulations sans
savoir dans quoi ils s’embarquaient !

La fin de ma thèse s’est chevauchée avec le dé’ubnuet dnouvelle et passionnante activité
pour moi chez Thales, au sein de l’équipe SSEo.u hJaei tes donc adresser mes plus sincères
remerciements à cette équipe, et en particuliere rvàé HLouet, Ingrid Rouzes, et Olivier Herget, pour
leur patience et pour leur aide.

De plus, tout au long de ces années passées chaleezs ,T hDominique Martin, Denis Bonnet,
Philippe Héraudet, et Benoit Spaeth m’ont accoorduéte tleur confiance, et m’ont soutenu à
différents moments de mon parcours. Je leur en dsuoinsc pleinement et profondément
reconnaissant.

Par ailleurs, j’ai pu avoir des échanges avec mdeb renuoses personnes tout au long de
l’avancée de mes travaux, et je leur adresse lumse sv ifps remerciements pour leur écoute, leurs
avis, leurs interrogations, leur disponibilitéa n:ç oFisr Daniellou, René Amalberti, Claude Valot, ieAn n
Weill-Fassina, Didier Poisson, François Fabre,i ppPeh ilOuvrard, Florence Rezeau, le Docteur Henri
Marotte, Frédéric Dehais, Dominique Verdoni, Séibeans tTravadel, Ludovic Moulin, John Verrier, Guy
Boy, Laurence Mutuelle, Gabrielle de Brito.

Je passe également bonjour aux amis de l’aéroceltu br,e mercie plus particulièrement Michel
Guerrero et Yves Danto, pour avoir accepté dese teienntrs semi-dirigés sur l’aviation légère.

La période de thèse est une épreuve difficile lpeo udro ctorant, mais peut l’être également
pour son entourage. Alors mes remerciements less pclhualeureux et les plus forts sont adressés à
mes parents, à ma sœur, à mon frère, et à moen. épous
Ce travail vous est entièrement dédié.
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RESUME

Dans le domaine aéronautique, comme dans de nombreux autres domaines de la vie
courante ou professionnelle, les erreurs ont souvent été associées à des défaillances
attentionnelles. Nos travaux s’insèrent dans cette problématique, et sont plus particulièrement
focalisés sur les variations de la capacité à allouer son attention sur une tâche donnée à la suite
d’une interruption. Dans un premier temps, nous avons mis en place des expérimentations qui
permettent d’évaluer l’étendue des variations de performances obtenues dans une tâche à la suite
d’une interruption, en fonction des composantes attentionnelles sollicitées dans la tâche à
exécuter. Dans un second temps, nous avons mis en place un indicateur fiable et objectif mettant
en évidence des différences dans le fonctionnement physiologique cérébral en fonction de ces
composantes attentionnelles. Dans un troisième temps, nous avons été amenés à vérifier l’effet de
diverses interruptions dans des situations aéronautiques réalistes. Nos travaux permettent de
conclure à l’existence de fluctuations de l’attention à la suite d’une interruption, fluctuations dont
la conséquence peut se traduire par des variations de performances et par différentes stratégies de
gestion des erreurs et des activités.

Mots clés : Attention, Interruptions, Erreurs, EEG, Aviation.

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HUMAN ERROR IN AVIATION
An investigation of the links between attention and errors

In the aviation field, as in many other areas of personal or professional life, errors have
often been associated with attentional failures. Our work is related to this issue, and is more
particularly focused on variations of attention following an interruption. In a first step, we have
set up experiments to measure changes in performance obtained in a task after an interruption.
These variations are studied systematically according to various attentional components requested
in the task at hand. In a second step, we have set up an indicator showing differences in the
physiological functioning of the brain depending on these attentional components. Thirdly, we
have tested the effect of various interruptions in realistic aeronautical situations. From our work,
we conclude that there is a variation in attention after an interruption, the consequences of which
can result in errors, performance variations, and differences in the management of errors and
activities.

Key Words: Attention, Interruption, Errors, EEG, Aviation.
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SOMMAIRE




INTRODUCTION GENERALE .................................................................................. 11
PREMIERE PARTIE : ASPECTS THEORIQUES .................................................... 15
CHAPITRE 1. ATTENTION ET INTERRUPTIONS ....................................................... 17
1. La dimension « sélectivité » de l’attention ............................................................... 18
1.1. L’attention sélective ......................................................................................... 18
1.1.1. Les processus attentionnels automatiques ................................................ 19
1.1.1.1. Le filtrage auditif automatique ............................................................. 19
1.1.1.2. Le filtrage visuel automatique .............................................................. 20
1.1.2. Les processus attentionnels contrôlés ...................................................... 22
1.1.2.1. La recherche visuelle sérielle ............................................................... 23
1.1.2.2. Les modèles du déplacement attentionnel ............................................ 24
1.1.3. L’ajustement contrôlé des mécanismes automatiques ............................. 25
1.2. L’attention divisée ............................................................................................ 27
1.2.1. La réalisation de deux tâches simultanées ................................................ 27
1.2.2. Le canal unique de traitement et la limitation des ressources .................. 27
1.2.3. L’automatisation des processus ................................................................ 28
1.2.4. La multiplicité des ressources attentionnelles .......................................... 29
1.2.4.1. Le modèle des ressources multiples de Wickens .................................. 29
1.2.4.2. Les résultats expérimentaux ................................................................. 31
2. La dimension « intensité » de l’attention ................................................................. 33
2.1. L’alerte ............................................................................................................. 33
2.2. L’alerte phasique et l’alerte tonique ................................................................. 34
2.3. La vigilance et l’attention soutenue ................................................................. 35
2.4. La décroissance de la vigilance ........................................................................ 36
2.4.1. La théorie de la variation du niveau d’éveil ............................................. 37
2.4.2. La théorie des ressources .......................................................................... 37
2.4.3. L’implication de la mémoire de travail .................................................... 38
7 2.5. La notion d’effort ............................................................................................. 38
2.5.1. Attention, effort et apprentissage ............................................................. 38
2.5.2. La notion de stratégies opératoires ........................................................... 39
2.5.3. Variation des performances en fonction de l'anticipation ........................ 40
3. Attention et interruption de l’activité ....................................................................... 41
3.1. Les effets généraux des interruptions sur la performance ................................ 42
3.2. Effet de la durée de la tâche interruptrice ........................................................ 43
3.3. Effet de la complexité de la tâche interruptrice ................................................ 44
3.3.1. Principaux facteurs de complexité ........................................................... 44
3.3.2. Effet de la complexité de la tâche interruptrice ........................................ 45
3.3.3. Dégradation de la tâche primaire avant l’interruption ............................. 45
3.4. Autres facteurs de complexité relatifs aux interruptions .................................. 46
3.4.1. La fréquence d’interruption ...................................................................... 46
3.4.2. Similarité de la tâche primaire et de la tâche interruptrice ....................... 46
4. Synthèse et conclusion ............................................................................................. 47
CHAPITRE 2. CARACTERISATION DE L’ATTENTION AU MOYEN DE
L’ELECTRO-ENCEPHALOGRAPHIE .............................................................................. 49
1. Rappels sur l'EEG .................................................................................................... 50
2. Rythmes cérébraux ................................................................................................... 50
2.1. Origine et principes généraux .......................................................................... 50
2.2. Rythmes EEG et cognition ............................................................................... 51
2.3. EEG et dimension sélectivité de l’attention ..................................................... 54
2.4. EEG et dimension intensité de l’attention ........................................................ 57
3. Synthèse et conclusion ............................................................................................. 58
CHAPITRE 3. ATTENTION ET ACTIVITES AERONAUTIQUES ............................... 59
1. Multiplicité des tâches et interruptions .................................................................... 59
1.1. Exemples de situations d’interruptions et de tâches multiples ......................... 59
1.2. Les types de situations interruptrices en aéronautique ..................................... 61
1.3. L’étude de la gestion des interruptions et des tâches multiples ....................... 62
1.3.1. Les rapports d’incidents et d’accidents .................................................... 63
1.3.2. L’observation directe ................................................................................ 65
1.4. L’expérimentation sur simulateur .................................................................... 67
2. Les stratégies de gestion des tâches multiples ......................................................... 68
3. Synthèse et conclusion ............................................................................................. 71
8 SECONDE PARTIE : ETUDES EXPERIMENTALES ............................................. 73
CHAPITRE 4. ÉTUDE DES INTERACTIONS ENTRE LA COMPOSANTE
ATTENTIONNELLE SOLLICITEE DANS LA TACHE PRIMAIRE ET LA
COMPLEXITE DE LA TACHE INTERRUPTRICE ......................................................... 75
1. Rappels ..................................................................................................................... 76
1.1. Rappels sur les composantes attentionnelles .................................................... 76
1.2. Rappels sur les variations de l’attention à la suite d’une interruption ............. 78
2. Objectifs de l’étude .................................................................................................. 79
3. Méthode .................................................................................................................... 79
3.1. Participants ....................................................................................................... 79
3.2. Matériel et tâches expérimentales .................................................................... 80
3.3. Tâches primaires .............................................................................................. 80
3.4. Interruptions ..................................................................................................... 82
4. Design expérimental et procédure ............................................................................ 83
5. Résultats ................................................................................................................... 85
6. Discussion ................................................................................................................ 89
7. Conclusion ................................................................................................................ 91
8. Complément d’étude ................................................................................................ 92
8.1. Méthode ............................................................................................................ 92
8.2. Résultats ........................................................................................................... 93
8.3. Discussion ........................................................................................................ 96
9. Implications pratiques et conclusion ........................................................................ 97
CHAPITRE 5. CARACTERISATION DES ETATS ATTENTIONNELS PAR EEG ...... 98
1. Objectifs de l’étude .................................................................................................. 99
2. Participants ............................................................................................................... 99
3. Tâches expérimentales ............................................................................................. 99
4. Matériel et procédure ............................................................................................. 101
4.1. Acquisition des données EEG ........................................................................ 101
4.2. Traitement des données EEG ......................................................................... 102
5. Résultats ................................................................................................................. 102
5.1. Données comportementales ............................................................................ 102
5.2. Données EEG ................................................................................................. 103
6. Discussion .............................................................................................................. 107
7. Synthèse et conclusion ........................................................................................... 109
9 CHAPITRE 6. APPLICATION AU MILIEU AERONAUTIQUE : VARIATION DE
L’ATTENTION ET DES PERFORMANCES SUITE A UNE INTERRUPTION ........... 110
1. Objectifs de l’étude ................................................................................................ 111
2. Participants ............................................................................................................. 111
3. Tâches expérimentales ........................................................................................... 112
3.1. Etude préliminaire : définition des scénarios ................................................. 112
3.2. Situation générale ........................................................................................... 112
3.3. Descriptions des scénarios ............................................................................. 114
3.4. Description des segments de vol .................................................................... 115
3.5. Description des interruptions et erreurs potentielles ...................................... 116
4. Mesures et recueil des données .............................................................................. 119
5. Matériel et procédure ............................................................................................. 120
6. Résultats ................................................................................................................. 122
6.1. Auto-évaluation de la charge mentale sur l’ensemble des scénarios ............. 122
6.2. Activités et erreurs suite à la première interruption ....................................... 123
6.3. Activités et erreurs suite à la seconde interruption ........................................ 124
6.4. Activités et erreurs suite à la troisième interruption ...................................... 125
7. Discussion .............................................................................................................. 126
7.1. Evaluation de la charge de travail mental ...................................................... 127
7.2. Gestion de la première interruption ................................................................ 127
7.3. Gestion de la seconde interruption ................................................................. 128
7.4. Gestion de la troisième interruption ............................................................... 130
7.5. Attention et interruption ................................................................................. 131
8. Synthèse et conclusion ........................................................................................... 133
TROISIEME PARTIE : DISCUSSION GENERALE .............................................. 134
1. Attention et interruptions ....................................................................................... 135
2. Attention et activités EEG ...................................................................................... 137
3. Attention, interruptions et erreurs en aéronautique ................................................ 138
4. Conclusions et perspectives ................................................................................... 140
Bibliographie .............................................................................................................. 145
Liste des tableaux ....................................................................................................... 166
Liste des figures .......................................................................................................... 167
Annexes ...................................................................................................................... 169

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