ETABLIR LA VALIDITE PSYCHOLOGIQUE AU TRAVERS DU CONCEPT DE PRESENCE

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LA VALIDITE : UN CONCEPT MULTIFACTORIEL

La validité est un concept multidimensionnel, recouvrant des dimensions comportementale et physique allant du sentiment perçu, résultat d’une expérience subjective à des indicateurs de performance objectifs (Wade & Hammond, 1998). La validité d’un simulateur de conduite, utilisé comme outil de recherche ou de formation, est évidemment grandement recherchée par l’ensemble des acteurs et décideurs politiques à l’origine de son initiative. Intuitivement, il s’agit de chercher à reproduire un dispositif technique le plus semblable possible à la réalité (Kaptein, Theeuwes, & van der Horst, 1996). On cherche donc à produire un simulateur possédant un haut niveau de fidélité physique (par rapport à un véhicule réel). Cependant il n’est pas toujours nécessaire d’avoir un simulateur de conduite qui reproduise dans toute sa complexité la nature de l’activité de conduite, puisque qu’en définitive la validité sera propre à la question de recherche posée. La validité d’un simulateur de conduite sera dépendante d’un certain nombre de facteurs qui détermineront sa capacité à fournir des mesures fiables en termes de performance de conduite attendue. Deux types de validité sont le plus souvent discutés dans la littérature concernant le domaine de recherche de la simulation automobile : la validité physique et la validité comportementale. En fonction de la question de recherche instruite et de l’usage du simulateur que cela présuppose, ces deux types de validité seront chacune plus ou moins pertinente à considérer.
De manière générale, les procédures de validation focalisent leur attention sur quelques caractéristiques ou composantes de la simulation qui seront sensées éprouver un ensemble de comparaisons avec la réalité. Par exemple, les profils de vitesse utilisés dans les simulateurs ont été validés avec des études sur route réelle constituant un recueil de données plutôt consistant sur lequel s’appuyer (Bella, 2005). De même, les recherches qui se sont intéressées à la prise de décision en conduite, incluant des situations en simulateur où le conducteur devait s’arrêter à l’approche de feux de signalisation en fonctionnement, ont rapporté des résultats analogues à ceux observés en conduite réelle (Allen, Rosenthal, & Aponso, 2005). Par ailleurs, d’autres problèmes ont été mis en avant concernant le type de tâche réalisée et la motivation du conducteur en simulation. Ces deux aspects semblent significativement différents en simulation par rapport à la conduite réelle, induisant un manque de congruence en termes de comportement et de performance observés.

LE SIMULATEUR : UNE MODELISATION LIMITEE DE LA REALITE

Par le passé, il a été montré qu’il n’est pas possible de complètement valider un simulateur et ce quel que soit le dispositif de mesure expérimental considéré (Allen, Mitchell, Stein, & Hogue, 1991). Par exemple, un simulateur validé pour sa façon de reproduire des profils de vitesses, pourrait ne pas avoir la résolution visuelle suffisante pour permettre une lecture des panneaux de signalisation analogue à celle de la réalité ou encore pourrait échouer à retranscrire fidèlement les distances de sécurité. Un autre exemple pourrait être celui d’un simulateur statique considéré comme performant pour proposer des scénarios complexes mais qui ne serait pas approprié pour évaluer les actions de contrôle du véhicule à cause d’un manque évident d’indices de mouvements lié à l’absence d’une base mobile offrant plusieurs degrés de liberté (Siegler, Reymond, Kemeny, & Berthoz, 2001). Clairement, l’établissement de la validité d’une simulation de conduite automobile est un problème multidimensionnel qui n’est pas trivial et qui réclame encore de nombreux efforts quant à sa formalisation et aux solutions que de futurs travaux de recherche voudront bien lui apporter. Sargent (1998) décrit différentes approches sur des techniques de validation basées sur l’analyse des données. Il relève qu’il n’existe aucun test particulier qui permette de déterminer quelles techniques ou procédures seraient à privilégier en fonction de la question de recherche instruite. On retrouve dans la littérature l’utilisation de différentes dimensions ou catégories sous-jacentes au concept général de validité. Ce concept complexe est souvent employé pour l’évaluation des simulateurs et en particulier ceux destinés à constituer des outils de formation ou de recherche dans le domaine des facteurs humains.

LA VALIDITE COMPORTEMENTALE

Blaauw (1982), reprenant deux sous-aspects de la validité définis auparavant par Mudd (1968) et McCormick (1970), propose deux autres types de validité : (1) la validité ou fidélité physique, qui est définie par le degré de correspondance physique entre le simulateur et le véhicule réel au niveau des caractéristiques dynamiques et architecturales ; (2) la validité comportementale qui établit la correspondance ou la similitude entre le comportement de l’utilisateur sur simulateur et celui observé en situation réelle. Godley et al. (2002) font remarquer que la littérature se réfère souvent à ces deux concepts de la validité sous les notions suivantes : la fidélité des simulateurs et la validité prédictive. Toutefois, Blaauw (1982) suggère que parmi ces deux aspects de la validité, l’aspect le plus important pour l’évaluation d’un simulateur est la validité comportementale. Il distingue de plus deux niveaux de validité inhérents à la validité comportementale : la validité relative, selon laquelle la comparaison entre les deux environnements (réel et virtuel) doit rendre compte de mesures de performance de même grandeur et allant dans le même sens ; la validité absolue, pour laquelle la comparaison entre les deux systèmes doit rendre compte de mesures identiques. Dans son analyse bibliographique sur la validité des simulateurs de conduite de deux-roues motorisés, Dagonneau (2012), a montré que c’est la validité relative qui est le plus souvent établie et plus rarement la validité absolue.
En résumé, il y a plusieurs types de validité qui peuvent être appliqués aux simulateurs de conduite. Une approche fréquemment employée consiste à incorporer aux simulateurs le degré de fidélité physique le plus élevé possible afin d’optimiser la validité comportementale. Cette approche est le résultat direct de la croyance que des niveaux élevés de validité physique équivalent à des niveaux élevés de validité du comportement, malgré le fait qu’il existe des preuves qui suggèrent que cela pourrait ne pas être vrai (Liu, Macchiarella, & Vincenzi, 2009) . Il est important de se concentrer sur l’objectif spécifique de la recherche ou de la formation concernée afin d’évaluer dans quelle mesure l’usage d’un simulateur inférieur en termes de fidélité physique, serait entièrement adapté à la situation sous-jacente d’un programme de recherche ou de formation. Cette question de la validité doit aussi plus largement s’étendre à des considérations d’ordre psychologique. En effet, aussi longtemps que les participants sauront qu’il n’y a finalement pas de risque réel d’accident ou de blesser quelqu’un sur simulateur, ils auront des pratiques de conduite toujours plus à risques par rapport à celles de la vie réelle. Face à ce problème, Malaterre et Fréchaux (2001) ont approfondi la définition de la validité proposée par Blaauw (1982) en distinguant quatre niveaux de validité des simulateurs. Ces quatre niveaux de validité correspondent à différents niveaux de similitude entre la conduite simulée et la conduite en situation réelle : (1) la validité physique (fidélité, identité des stimuli auxquels le conducteur est soumis) ; (2) la validité physiologique ou expérientielle (similitude des sensations ressenties par le conducteur, ou encore jugement de ressemblance ou crédibilité subjective de la situation simulée) ; (3) la validité comportementale (analogie des comportements observés) ; et (4) la validité psychologique (similitude des mécanismes et du coût cognitif).
Allen et ses collègues (2005) défendent l’idée au travers de leur état de l’art, qu’une partie des chercheurs directement impliqués dans le développement de la simulation qu’ils comptent utiliser, pourrait parfois passer outre un ensemble de contraintes pourtant induites par leur protocole expérimental. Il serait par exemple ainsi tenu pour acquis le fait que les participants soient systématiquement disposés à faire preuve d’imagination pour se comporter dans le simulateur comme ils le feraient dans leur propre voiture. Cependant, il est probable que cette hypothèse fonctionnelle ne soit que trop largement présupposée et qu’à défaut d’être vérifiée, elle puisse s’avérer relever davantage de la spéculation que du fait scientifique (Fisher, Rizzo, Caird, & Lee, 2011). En outre, les études sur simulateurs éliminent le risque de blessures associées à la conduite et ne parviennent pas à reproduire les motivations qui sont à l’origine de l’usage que l’on fait de la voiture dans la réalité, et qui vont fortement conditionner les comportements de conduite ainsi influencés. Malheureusement, il est constaté que peu de chercheurs daignent accorder de l’importance à ce type de problème (Edwards, 1961) l’essentiel des pratiques en matière de recherche sur cette question consiste à donner des instructions sur la conduite en simulateur demandant au sujet de conduire aussi normalement que possible par rapport à ce qu’il fait dans la réalité. Or en l’absence d’un contexte de conduite bien défini avec de réels objectifs à atteindre, impliquant sérieusement le participant, de telles instructions peuvent être bien souvent très confuses pour le sujet et paraître très artificielles. Tout ceci a été mis en avant par Zeitlin (1996) qui a examiné plus de 106 publications de recherche qui n’apportaient très peu voire aucune considération à cette question de la validité psychologique.

LA VALIDITE PSYCHOLOGIQUE : UN PILIER DE LA VALIDITE COMPORTEMENTALE

Les simulateurs possédant une grande fidélité ou validité physique fournissent une expérience réaliste et convaincante pour les sujets participant à des expériences de recherche. Cependant, la crédibilité des résultats obtenus à partir de ces études reste encore très discutée (Horrey & Wickens, 2006). Par exemple McCartt, Hellinga et Braitman (2006) ont recensé 54 études qui utilisaient les simulateurs de conduite ou véhicules instrumentés pour évaluer l’usage du téléphone portable au volant. Leurs observations furent que la variabilité de performance observée d’une étude à l’autre posait clairement la question de leur propension à constituer des bases de réflexion sérieuses pour appréhender l’activité de conduite réelle. En effet, en plus d’avoir mis en avant un ensemble de problèmes méthodologiques, ils ont identifié une des principales faiblesses inhérentes à toutes ces études étant le manque criant de validité comportementale. La validité physique de l’expérience de conduite semble insuffisante pour dépasser la plupart des critiques concernant le manque de validité comportementale. Si comme nous l’avons vu précédemment, Malaterre et Frechaux (2001) définissent plusieurs composantes de la validité en les plaçant au même niveau, le propos de notre article est de dire que la validité psychologique conditionne la validité comportementale. Nous considérons, dès lors, la validité comportementale comme dépendante de la validité psychologique de la situation de simulation. La validité psychologique est définie comme la mesure selon laquelle les risques et les récompenses qu’offre la participation à une expérience en simulation correspond à ce éprouvé dans la réalité (Goodman et al., 1997).
Pour évaluer la validité comportementale des simulations, Stoffregen et ses collègues (2003) proposent deux critères distincts : la validité subjective de l’expérience (ou validité expérientielle) et la validité de la performance (ou validité de l’action). La première notion de validité expérientielle est formalisée par ces auteurs à travers le concept de présence qui se définit comme le degré auquel une simulation produit une expérience subjective « d’être là » (« being there »). La présence est souvent considérée comme une illusion perceptive (Lombard et Ditton, 1997), qui soulève différentes interrogations et confusions qui seront abordées dans la dernière section de notre exposé. Cette première notion est également désignée dans la littérature sous la notion de fidélité perceptive (Burkhardt, Bardy, & Lourdeaux, 2003) et semble très proche d’un des concepts de la validité, la validité expérientielle, proposée par Malaterre et Fréchaux (2001). La deuxième notion de validité de l’action, peut être définie en termes de relation entre la performance dans la simulation et celle produite dans le monde réel. On retrouve également dans la littérature ce sous-concept sous le terme de validité psychologique (Burkhardt et al., 2003) ou encore sous le terme de fidélité fonctionnelle telle que définie par Moroney et Moroney (1998).

Mesures physiologiques

Parallèlement à l’usage des indicateurs comportementaux précédemment cités, peuvent être réalisées différentes mesures physiologiques telles que la fréquence cardiaque (variabilité du rythme cardiaque), les mesures d’activité électrodermale, la température de la peau ou encore la fréquence respiratoire. Ces indicateurs peuvent constituer des marqueurs plus ou moins objectifs de la présence ressentie au cours du temps. Ils restent encore assez peu utilisés dans la grande majorité des études s’intéressant à la question de la présence, seuls certains auteurs se sont penchés sur cette alternative méthodologique. Toutefois, il semble que l’on ait de plus en plus recours à ce type de mesure. Par ailleurs, quelques études semblent avoir mis en avant des relations intéressantes entre les mesures subjectives et ces mesures physiologiques (Meehan, Insko, Whitton, & Brooks, 2002; Slater et al., 2009).

Mesures comportementales

Ce type de mesure semble une alternative intéressante pour évaluer la dynamique du comportement comparé aux questionnaires qui ne peuvent que donner une information subjective et moyennée de tout ce qui a pu se passer au cours de l’expérience virtuelle. D’après Usoh, Alberto et Slater (1996), un individu ressentant un fort sentiment de présence devrait adopter un comportement dans l’environnement virtuel similaire à celui qu’il adopterait dans des circonstances similaires de la vie (réalité) de tous les jours. Freeman, Avons, Meddis, Pearson et IJsselsteijs (2000) sont les premiers à avoir proposé d’instruire la question de la présence sous l’aspect comportemental et non plus seulement subjectif afin d‘objectiver au maximum la nature des résultats. L’approche comportementale de la présence développée par ces auteurs consiste à dire qu’un individu ressentant un sentiment de présence de par son exposition à un environnement virtuel répondra aux stimuli de l’environnement comme il le ferait aux stimuli présents dans le monde réel. Plus concrètement, ils ont cherché à développer des indicateurs comportementaux de la présence, essentiellement basés sur des ajustements posturaux. Néanmoins, leurs résultats, bien qu’indiquant à la fois un effet positif de la présentation stéréoscopique sur l’amplitude des réponses posturales latérales des participants et sur le sentiment de présence ressenti (estimé par des échelles visuelles analogiques), n’ont pas permis de considérer les mesures posturales comme une mesure permettant de se substituer aux évaluations subjectives de présence puisque les deux mesures ne semblent pas être corrélées. D’autres tentatives cherchant à établir des indicateurs comportementaux de la présence ont été faites par le passé, telles que la vection, proposée par Prothero et Hoffman (1995), Ohmi (1998), les réponses réflexes verbales et physiques testées par Nichols, Haldane et Wilson (2000).

PRESENCE ET VALIDITE DES SIMULATEURS

Bien que plusieurs travaux de recherche dans le domaine de la réalité virtuelle sont menés sur cette question du sentiment de présence et qu’ils focalisent leur attention sur la caractérisation des facteurs à l’origine de son émergence, un nombre très limité d’études s’est intéressé à ce concept comme un outil pour évaluer les environnements virtuels et plus spécifiquement les simulateurs de conduite (Dagonneau, 2012; Godley et al., 2002). Tichon et al. (2006) et Tichon (2007) ont étudié le degré de présence ressenti par des conducteurs de trains en simulation de conduite et l’impact des différents facteurs de la présence dans le but d’améliorer le simulateur de conduite de train de l’Université de Queensland (Australie). Johnson et ses collègues (2011) ont également étudié la question de la validité des simulateurs en s’intéressant au sentiment de présence induit par ces derniers. Plus récemment, Dagonneau (2012) a repris l’approche de Johnson et al. (2011) mais en l’adaptant aux simulateurs de deux-roues motorisés.
Dans le cadre de cette revue de question, nous appuyons l’idée défendue par Dagonneau (2012) sur la nécessité de proposer une nouvelle approche pour appréhender les similitudes du comportement entre environnement réel et virtuel (validité comportementale), au travers du concept de présence. Bien qu’étant un phénomène complexe et sous-tendu par de très nombreuses définitions, la présence nous semble être un concept intéressant pour caractériser la validité comportementale avec pour point d’ancrage la validité psychologique. Nous considérons donc la présence comme un état psychologique permettant à des sujets en situation immersive d’adopter un comportement similaire à celui de la vie de tous les jours et par conséquent à réagir aux divers stimuli comme s’ils étaient réels. En conséquence, le sentiment de présence conduirait à l’adoption d’un comportement dans l’environnement virtuel similaire à celui que l’individu adopterait dans des circonstances similaires de la vie de tous les jours (Slater, 2003; Slater et al., 2009). Les mesures subjectives reflétant la validité psychologique de l’expérience pourraient être ainsi corrélables à des mesures comportementales (indicateurs de performance de conduite : variabilité de la position latérale dans la voie, variabilité de la vitesse, la variabilité de l’angle au volant…) et physiologiques (caractérisant l’état d’éveil physiologique ou stress physiologique). Des questionnaires sur les émotions pourraient également être utilisés parallèlement à toutes ces mesures afin d’arbitrer l‘état émotionnel du sujet (Diemer, Alpers, Peperkorn, Shiban, & Mühlberger, 2015). Ainsi l’hypothèse sous-jacente à notre travail est qu’un individu éprouvant un fort sentiment de présence dans l’environnement virtuel réagira dans cet environnement comme s’il était réel. Notre analyse bibliographique plaide donc en la faveur d’une plus grande attention à accorder à la validité psychologique au travers du concept de présence, dans l’élaboration de protocoles expérimentaux, désireux d’établir la validité comportementale du simulateur de conduite utilisé.

Etude de la validité du modèle de la présence spatiale (Wirth et al., 2007)

Le modèle de la présence spatiale de Wirth et ses collègues (2007) n’a été que partiellement vérifié au cours de notre expérience. L’analyse des régressions sur l’ensemble des conditions expérimentales a révélé que la suspension d’incrédulité et l’implication cognitive étaient bien des prédicteurs positifs de la présence spatiale. En outre nous avons également mis en évidence que la suspension d’incrédulité était bien un prédicteur de la représentation mentale. Toutefois notre analyse n’a pas permis de montrer que l’attention était un prédicteur de la représentation mentale et que la représentation mentale était un prédicteur de la présence spatiale. Nous expliquons ce résultat en nous basant sur le fait que pour notre expérimentation les sujets ont probablement eu recours à des processus attentionnels davantage automatisés que contrôlés. Or dans le modèle il est spécifié que c’est la synergie des dimensions contrôlée et automatique qui permet de concevoir l’attention comme un prédicteur de la représentation mentale. A l’évidence notre protocole expérimental n’a pas permis de suffisamment moduler les processus attentionnels contrôlés afin d’observer une véritable modulation de la présence spatiale et de l’ensemble des concepts qui sous
tendent son émergence. L’hypothèse selon laquelle l’imagerie visuo-spatiale influencerait positivement l’attention n’a pas été validée. Cette rubrique semble n’influencer aucune autre dimension du modèle. Cette rubrique semble plus largement poser problème puisqu’elle sonde davantage une propension à se forger des images mentales qu’à réellement interroger le participant sur sa capacité au cours de l’expérience à avoir eu recours aux processus de l’imagerie mentale.
L’étude des régressions pour chaque condition expérimentale, a mis en évidence des disparités en termes de pattern de covariance du point de vue des différentes rubriques du questionnaire MEC-SPQ. Il ressort ainsi que dans les groupes 1 et 2 soumis au trafic, aucune régression n’a été trouvée entre les différentes dimensions du modèle. A l’inverse pour le groupe 3 non soumis au trafic et à la double tâche la représentation mentale et la suspension d’incrédulité se sont avérés être tous les deux des prédicteur positifs de la présence spatiale. Enfin dans le groupe 4 non soumis au trafic mais soumis à la double tâche, la suspension d’incrédulité s’est avérée être un prédicteur positif de la représentation mentale. Au vue de ces résultats il semblerait que ce soit le groupe 3 qui témoigne le plus d’un développement du sentiment de présence illustrant les liens de covariance attendus par la théorie. Paradoxalement la condition trafic (G1 et G2) ne semble pas avoir sollicité la mécanique de présence décrite par le modèle, cela reviendrait à dire que les participants n’ont pas mobilisé leur représentation mentale ou leur attention de manière consciente. Cela signifierait que si présence il y a eu elle était de nature différente des autres groupes. On peut penser que pour les groupes soumis au trafic leur activité de conduite consistait davantage en un jeu de stimulus réponse et bien moins en une planification et anticipation de leur activité de supervision et de navigation. Il est intéressant de souligner que cette absence de corrélation entre les concepts du modèle de la présence spatiale est donc clairement observée pour les personnes du groupe 2 soumis au trafic et à la double tâche. La double tâche n’a eu, à l’évidence aucune incidence sur la perception attentionnelle qu’on eu les participants de ce groupe par rapport à ceux non soumis à la double tâche. Cela reviendrait à dire que l’activité des personnes du groupe 1 comme celles du groupe 2 était essentiellement automatisée et que leur présence était davantage une présence physique, basée sur jeu d »affordances comportementales et tout un ensemble de logiques opératoires de bas niveaux. Paradoxalement il apparait que le groupe le moins contraint que ce soit par du trafic ou une double tâche à savoir le groupe 3 témoigne donc davantage d’un cercle vertueux de présence en accord avec la théorie. Cela pourrait s’expliquer en définitive par le fait que les participants dans cette condition ont davantage eu besoin recours à leur imagination pour donner du sens à leur conduite, puisqu’il faut le rappeler la tâche consistait à exécuter 10 tours de circuits. La recherche de sens et la nécessité de se donner un horizon dans la régulation de leur tâche de conduite leur était indiscutablement plus possible que tout autre groupe contraint par des évènements souvent imprévus. Il semblerait que leur tâche de conduite ait été contrairement à ce qui était attendu plus challengeant et stimulante en termes de développement de la présence. En effet leur activité devait être pensée sur une échelle de temps plus longue que celle des 3 autres groupes, leur laissant ainsi davantage de temps pour se construire une représentation mentale consciente de l’environnement considérée comme clef de voute de l’émergence du sentiment de présence.

Indicateurs comportementaux de la présence

L’objectif de l’étude était également de trouver des indicateurs comportementaux de la présence physique garantissant l’optimisation de la performance de conduite. La présence de trafic a diminué la vitesse moyenne tout comme le fait de devoir réaliser une double tâche. Toutefois, la présence de la double tâche n’a pas eu d’incidence sur la vitesse moyenne ou l’écart type de la vitesse. Ainsi donc la performance de conduite ne semble pas avoir été impactée par une hausse de degré de distraction cognitive ou par une hausse de la complexité de la situation. Une fois encore on peut expliquer ce résultat dans la mesure où les marges de régulation du comportements était intrinsèquement déjà très faibles de par la topographie du circuit. Il semblerait que les participants quelque soit la condition aient conduit à peu près à la même vitesse et avec le même écart type de vitesse. Il apparaît que l’ensemble des participants a adopté la même stratégie de régulation de leur vitesse tangentielle indépendamment des contraintes extérieures. Ceci nous amène donc à penser que la vitesse était implicitement contrainte par le terrain en lui même et qu’en définitive les marges de régulation étaient faibles si l’on voulait suivre la consigne qui était de rester sur la voie principale et éviter les sorties de route. Le terrain était donc peut être en lui même trop complexe pour pouvoir observer un effet comportemental de la présence en termes de variabilité de la vitesse.
Concernant la position latérale moyenne dans la voie, un effet du trafic a été observé. Il est apparu que les participants soumis au trafic ont davantage roulé à droite. Cela apparaît donc clairement comme une stratégie d’anticipation de véhicules qui pouvaient venir en sens inverse. Cette stratégie a certainement été utilisée pour toutes les fois où se présentait une succession de virages et où la visibilité était réduite. Cette stratégie peut donc d’ailleurs nous renseigner sur l’étrange résultat qui est que le sentiment de présence n’a pas été accru dans cette situation expérimentale. En effet une fois que les participants ont compris qu’il suffisait de rester sur la voie de droite pour se prémunir d’éventuelles collisions ce qui à l’origine devait être une tâche complexe de gestion des commandes et de supervision est devenu une tâche davantage de plus bas niveau, ne constituant pas en elle même une tâche plus challengeant en termes de processus attentionnels contrôlés. En outre il est important de souligner le fait que la répétition de l’activité de conduite exigée sur 10 tours a certainement contribué à l’établissement de ces procédures automatisées déconnectant à termes les participants.
Un effet de la double tâche a toutefois été mis en évidence sur l’écart type de la position latérale. Les participants soumis à la double tâche ont eu des valeurs plus élevées que les personnes non soumis à la double tâche. Ce résultat est central puisqu’il constitue à lui seul, l’unique preuve attestant que la hausse de la distraction cognitive a eu un effet sur les participants. Les participants soumis à la double tâche n’ont pas verbaliser différemment leur expérience de présence comparé aux personnes non soumis à la double tâche or il apparait clairement qu’en termes de maintien de la trajectoire leur performance de conduite n’a pas été la même. Il apparaît donc que le questionnaire échoue à mettre en évidence un effet de performance attesté par les données comportementales. De même on a trouvé que l’écart type de la position latérale était significativement plus faible pour les personnes soumises au trafic que pour les personnes non soumises au trafic. Cette stratégie montre bien que les participants soumis au trafic ont cherché à diminuer leur charge attentionnelle en limitant leur prise de risque en se plaçant sur la voie de droite. Une fois encore cet effet du trafic sur le comportement et plus encore sur la performance de conduite n’est pas corroboré par le questionnaire de présence. Tout ceci amène à poser la question de la nature des processus cognitifs qui semblent sous tendre l’établissement de la présence. Il nous apparaît évident qu’une mesure de la présence qui ne soit pas témoigne pas de ce qui se passe du point de vue de la performance n’est pas intéressante. La question méthodologique de l’évaluation de la présence est posée.
L’activité de conduite est une tâche hautement automatisée et qui requiert en fonction de la complexité des situations l’établissement de procédures ou logiques opératoires cognitives de plus ou moins haut niveau. La question de la présence semble se poser pour toutes ses tâches de conduite qui relèvent d’un certain niveau de conscience toutefois si comme dans notre expérience on cherche à mesurer la présence comme gage de performance dans des tâches de conduite de bas niveaux nous ne parviendrons pas à obtenir des correspondances d’effets entre les données comportementales et les données subjectives. Nous pensons que la question de la présence et plus encore de la volonté d’obtenir des indicateurs comportementaux de la présence se pose donc en simulateur de conduite uniquement pour des tâches d’un certain niveau cognitif exigeant un certain degré de conscience afin que les personnes puissent verbaliser une expérience qui puisse être corroborée par le comportement. La littérature souligne clairement l’idée que plusieurs mesures comportementales et physiologiques doivent être faites en parallèle de la mesure de la présence par questionnaire. Notre expérience visait clairement à étalonner notre mesure par questionnaire de la présence. La mesure de la présence par questionnaire ne permet pas de donner une information sur ce qui s’est passé au cours de l’expérimentation. La littérature expose aussi clairement que la présence est un processus dynamique. Nous mettons donc en avant qu’en simulation automobile il serait nécessaire d’utiliser des mesures périphériques comme des mesures physiologiques pour donner des informations sur l’éveil physiologique et ses fluctuations au cours de l’activité de conduite. Ces mesures pourraient être analysées en covariance avec les données comportementales et les données subjectives afin de se construire une vision plus complète de la présence. En effet notre expérience a mis en évidence que plusieurs participants pouvaient déclarer un même degré de présence sans pour autant avoir une performance de conduite analogue. Il semble donc crucial d’affiner notre analyse du comportement afin de préciser le type de présence observé. Est ce davantage une présence physique et ou psychologique. C’est ainsi que dans notre expérience on met en avant l’idée que la présence rapportée par notre questionnaire de présence serait davantage une présence physique qu’une présence psychologique. Cet état de fait nous amène à penser qu’il serait souhaitable d’utiliser un deuxième questionnaire de présence davantage plus basé sur notamment la notion de réalisme comme le questionnaire IPQ qui semblerait un questionnaire intéressant à utiliser en complément pour nos prochaines expérimentations.

Performance à la double tâche

Un effet du trafic a été observé sur la performance de conduite, les personnes soumises au trafic ont eu des temps de réalisation de la double tache, supérieurs aux personnes non soumises au trafic. Il est important de souligner que cet effet n’a été observé que pour les cinq premières réalisations de la double tâche. Cet effet du trafic n’apparait plus à partir de la septième fois que la tâche est réalisée. Un effet d’apprentissage apparait chez les personnes soumises au trafic elles parviennent à diminuer leur temps de réalisation et s’approcher des temps des participants non soumis au trafic. Cette performance accrue pour les personnes soumises au trafic témoigne d’une réorientation attentionnelle sur la tâche secondaire. Cela a certainement été rendu possible par la stratégie de ces participants qui soumis au trafic se sont placés à droite de la voie en limitant leur variabilité de la position latérale. Tout ceci témoigne bien que la tâche principale de conduite était peu « challengeante » en termes de ressources attentionnelles ce qui corrobore nos observations précédentes sur la nature de la tâche de conduite plutôt de bas niveau dans sa globalité.

Perspectives de recherche

Notre objectif est de trouver des indicateurs comportementaux de la présence qui soient gage de performance. En outre on a souligné par cette première expérimentation la nécessité d’affiner notre approche méthodologique de la présence en utilisant un deuxième questionnaire de présence pour rendre plus robuste les résultats qui en découleraient et éventuellement interroger des dimensions plus psychologiques de la présence. C’est ainsi que nous avons pu mettre en avant que pour un même score de présence on pouvait avoir différents comportements associés. Cette réalité ne doit pas être négligée et dans le souci de fournir un modèle méthodologique le plus robuste possible il nous semble important d’affiner ce que l’on appelle présence en utilisant des indicateurs périphériques qui nous donneraient plus de critères comme par exemple l’utilisation de mesures physiologiques. Ces dernières nous permettraient d’appréhender la présence spatiale en termes d’éveil physiologique voire même en termes de stress ou d’émotions. Nous pensons donc également utiliser un questionnaire sur les émotions comme le PANAS afin d’interroger la valence de l’expérience de présence. La présence est davantage à l’heure actuelle considérée comme une boîte noire du comportement, il nous semble crucial de dépasser cette vision behavioriste de la présence et de l’actualiser au regard des théories plus cognitivistes c’est la raison pour laquelle le modèle de la présence spatiale a été choisi et que nous pensons qu’il serait plus facilement « opérationnalisable » si on pouvait y rajouter des éléments liés à la dynamique du traitement de l’information et peut être même des éléments sur la valence émotionnelle de l’expérience de présence.

Analyse des données physiologiques

-Approche globale pour EDA et ECG :
La première minute de chaque période de repos et de chaque période d’activité de conduite était supprimée afin d’éliminer, d’une part, la période de stabilisation du signal et d’autre part, la période d’activité de conduite durant laquelle les performances n’étaient pas observées (période de familiarisation). De plus la dernière minute d’enregistrement était également supprimée. L’effet de bord était ainsi évité, en supprimant les données du début correspondant au temps d’adaptation et en enlevant également les données de la fin souvent biaisées par l’impatience des participants à terminer. De manière générale nous avons cherché à récupérer des informations globales à l’échelle du scénario réalisé sur l’état d’éveil physiologique moyen des sujets en termes de conductance électrodermale et de variabilité du rythme cardiaque.
-Filtrage de signaux :
Des filtres digitaux à réponse impulsionnelle infinie (IIR) étaient appliqués aux différents signaux afin d’éliminer les artefacts les plus importants en fonction du temps de réponse de chaque signal. Un filtre passe bande haut fixé à 1 Hz a été utilisé pour nettoyer le signal cardiaque tandis qu’un filtre passe bande bas fixé à 1 Hz était appliqué au signal EDA afin de ne laisser passer que les basses fréquences représentatives.
-Données physiologiques cardiaques : rythme cardiaque et variabilité du rythme cardiaque Après avoir récupéré l’ECG nous avons récupéré la fréquence cardiaque que nous avons analysée et nous avons réalisé une analyse temporelle et fréquentielle du signal cardiaque afin de procéder à l’analyse de la variabilité du rythme cardiaque (VRC). Attardons- nous quelque peu sur les origines et bases scientifiques de la VRC. Depuis les années 1970 (Bernston et al., 1997), les variations de l’activité cardiaque ont été utilisées pour obtenir une mesure globale de l’effort cognitif impliqué dans la réalisation d’une tâche à dominante cognitive.
Il a été établi assez rapidement que les variations du rythme cardiaque (écart type du rythme cardiaque) sont assez peu corrélées à l’effort cognitif, tout du moins qu’elles ne sont pas suffisamment prononcées pour être un indicateur fiable. En définitive l’augmentation de l’effort cognitif se traduit par une augmentation du rythme cardiaque d’au mieux 10 battements/minute ce qui est facilement « masquable » par des efforts physiques même légers (exemples : changement de posture, étirement du corps). Pour pallier à cette difficulté, les recherches se sont orientées vers l’analyse de la variabilité du rythme cardiaque (VRC à ne pas confondre avec l’écart type de rythme cardiaque). La suppression de ce paramètre se révèle être un marqueur beaucoup plus fiable de l’investissement dans la tâche que l’augmentation du rythme cardiaque.
La variabilité du rythme cardiaque (VRC) à ne pas confondre avec le rythme cardiaque (RC), est un phénomène physiologique qui se manifeste par le fait que les durées entre chaque pulsation cardiaque sont variables et que ces variations se font de manière rythmique (voir figure 17).
La latence des réponses de l’électrocardiogramme manifestées par les battements cardiaques est d’environ 150 secondes. De manière générale cette rythmicité a deux origines physiologiques. Premièrement, elle résiderait dans la dynamique des boucles de régulation végétative qui règlent le rythme cardiaque en fonction d’un certain nombre de paramètres physiologiques, les plus importants étant la pression sanguine et le couplage avec le rythme respiratoire. Deuxièmement les noyaux végétatif du tronc cérébral (i.e ; noyaux solitaires, noyaux caudaux ventromedulaires, noyaux ambigus, noyaux dorsomoteurs, et noyaux rostraux ventromedullaires) d’où émergent les fibres parasympathiques et orthosympatiques qui se projettent sur le coeur (nerf vague) sont en bout de chaîne du système CAN (Central Autonomous Network, Thayer & Lane 2009 ; Brenston, 2007). Ce dernier est composé de structures corticales (i.e Noyaux central de l’amygdale, substance grise périe-acqueducale et noyaux parabrachiaux hypothalamiques), les noyaux hypothalamiques agissant directement sur les noyaux cardio régulateur du tronc cérébral. Des travaux pharmacologiques (Gianaros, 2008 ; cité par Thayer & Lane, 2009) ont montré qu’une activation de l’amygdale entraîne une désinhibition des centres médullaires cardio modérateurs, ce qui se traduit par une légère augmentation du rythme cardiaque et une suppression de la variabilité du rythme cardiaque.
Cette activation est, il faut le noter, également obtenue par une levée de l’inhibition du cortex préfrontal. Aussi, lorsque le sujet s’engage dans une activité impliquant fortement le cortex préfrontal la succession d’évènements corticaux et sous corticaux décrite précédemment est également observée.
De nombreuses études ont utilisé l’analyse de la VRC lorsque les sujets s’engagent dans des tâches cognitives (Capa, Audiffren, & ragot, 2008 ; Duschek, Muckenthaler, Werner, & Reyes del Paso, 200ç, 2009 ; RYU & Myung, 2005, Backs, 1994). Si la diagnosticité de la méthode est discutée (Nickel & narchreiner, 2003) sa sensibilité aux efforts cognitifs est maintenant admise. Le rythme cardiaque augmente à l’inspiration et diminue à l’expiration, l’activité parasympathique étant diminuée pendant l’inspiration. La fluctuation de ce rythme caractérise la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC). Bien que le cœur soit relativement stable, les temps entre deux battements cardiaques peuvent être très différents. En situation dite normale (En cas de non pratique d’une activité physique et soumis à aucun stress quel qu’il soit) il existe une variabilité naturelle du rythme cardiaque, toutefois en condition de stress cette variabilité a tendance à disparaître. Le signal cardiaque est un des plus forts du corps et il est facilement mesurable par des techniques non invasives (positionnement d’électrodes sur le torse). De plus l’extraction des composantes des troubles du rythme cardiaque (arythmie) ne nécessite que de recueillir les durées unitaires entre chaque pulsation cardiaque, il n’y a donc que très peu d’exigence sur le positionnement des électrodes sur la peau.

Table des matières

I INTRODUCTION
II SIMULATION AUTOMOBILE
II.1 LE DEVELOPPEMENT DE LA SITUATION AUTOMOBILE
II.2 USAGES ET PRATIQUES
III LA VALIDITE DES SIMULATEURS
III.1 LA VALIDITE : UN CONCEPT MULTIFACTORIEL
III.2 LE SIMULATEUR : UNE MODELISATION LIMITEE DE LA REALITE
III.3 LA VALIDITE COMPORTEMENTALE
III.4 LA VALIDITE PSYCHOLOGIQUE : UN PILIER DE LA VALIDITE COMPORTEMENTALE
IV ETABLIR LA VALIDITE PSYCHOLOGIQUE AU TRAVERS DU CONCEPT DE PRESENCE
IV.1 LE CONCEPT D’IMMERSION
IV.2 LE CONCEPT DE PRESENCE
IV.3 FACTEURS DETERMINANTS DE LA PRESENCE
IV.4 LA MESURE DE LA PRESENCE
IV.4.1 Mesures subjectives : questionnaires
IV.4.2 Mesures physiologiques
IV.4.3 Mesures comportementales
IV.5 PRESENCE ET VALIDITE DES SIMULATEURS
V PROBLEMATIQUE DE RECHERCHE
V.1 CONTEXTE
V.2 PROBLEMATIQUE
V.3 POSITIONNEMENT
V.4 PROGRESSION ENVISAGEE
VI EXPERIMENTATION 1
VI.1 OBJECTIFS
VI.2 HYPOTHESES
VI.3 METHODOLOGIE
VI.3.1 Participants
VI.3.2 Simulateur de conduite
VI.3.3 Situations de conduite
VI.3.4 Mesures subjectives
VI.3.5 Mesures objectives de la performance
VI.3.6 Procédure
VI.4 RESULTATS : EFFETS PAR INDICATEUR
VI.4.1 Données subjectives : MEC-SPQ
VI.4.2 Données comportementales de conduite en situation globale
VI.4.3 Performance à la double tâche
VI.5 RESULTATS : REGRESSIONS POUR DONNEES SUBJECTIVES
VI.6 DISCUSSION
VI.6.1 Manque de sensibilité du questionnaire MEC SPQ
VI.6.2 Etude de la validité du modèle de la présence spatiale (Wirth et al., 2007)
VI.6.3 Indicateurs comportementaux de la présence
VI.6.4 Performance à la double tâche
VI.6.5 Perspectives de recherche
VII EXPERIMENTATION 2
VII.1 OBJECTIFS
VII.2 METHODOLOGIE
VII.2.1 Participants
VII.2.2 Simulateur de conduite
VII.2.3 Situations de conduite
VII.2.4 Mesures subjectives
VII.2.5 Mesures objective de la performance
VII.2.6 Mesures physiologiques
VII.2.7 Procédure
VII.2.8 Analyse des données physiologiques
VII.3 RESULTATS : EFFETS PAR INDICATEUR
VII.3.1 Données subjectives : MEC-SPQ
VII.3.2 Données subjectives : IPQ
VII.3.3 Données valence émotionnelle : PANAS
VII.3.4 Données comportementales de conduite
VII.3.5 Variabilité du rythme cardiaque (HRV) : Domaine temporel et domaine fréquentiel
VII.3.6 Conductance électrodermale
VII.4 RESULTATS : CORRELATIONS ET REGRESSIONS
VII.4.1 Régressions entre items du MEC-SPQ
VII.4.2 Corrélations entre items du IPQ
VII.4.3 Corrélations entre items du PANAS
VII.4.4 Corrélations entre items des questionnaires IPQ/SPQ avec les données comportementales de conduite
VII.5 DISCUSSION
VII.5.1 Sensibilité du questionnaire MEC SPQ
VII.5.2 Etude des liens de causalité entre les différentes dimensions du MEC SPQ
VII.5.3 Etude des liens de causalité entre les différentes dimensions de l’IPQ
VII.5.4 Etude des liens de causalité entre les différentes dimensions du PANAS
VII.5.5 Données comportementales de conduite
VII.5.6 Données physiologiques
VII.5.7 Perspectives de Recherche
VIII EXPERIMENTATION 3
VIII.1 OBJECTIFS
VIII.2 METHODOLOGIE
VIII.2.1 Participants
VIII.2.2 Simulateur de conduite
VIII.2.3 Situations de conduite
VIII.2.4 Mesures subjectives
VIII.2.5 Mesures Physiologiques
VIII.2.6 Procédure
VIII.3 RESULTATS : EFFETS PAR INDICATEUR
VIII.3.1 Données subjectives : MEC-SPQ
VIII.3.2 Données subjectives : IPQ
VIII.3.3 Données subjectives : PANAS
VIII.3.4 Données comportementales de conduite
VIII.3.5 Conductance électrodermale
VIII.3.6 Rythme cardiaque
VIII.4 RESULTATS : CORRELATIONS ET REGRESSIONS
VIII.4.1 Régressions entre items du MEC-SPQ
VIII.4.2 Corrélations entre items de l’IPQ
VIII.4.3 Corrélations entre items PANAS et SPQ/IPQ
VIII.4.4 Corrélations entre items SPQ/IPQ et données comportementales de conduite
VIII.4.5 Corrélations entre items SPQ/IPQ et l’activité électrodermale
VIII.4.6 Corrélations entre items SPQ/IPQ et l’activité cardiaque
VIII.5 DISCUSSION
VIII.5.1 Sensibilité du questionnaire MEC SPQ et IPQ
VIII.5.2 Données comportementales de conduite
VIII.5.3 . Données physiologiques
VIII.5.4 Perspectives de Recherche
IX ETUDE COMPARATIVE ENTRE EXPERIENCES 2 ET 3
IX.1 OBJECTIFS DE L’EXPERIMENTATION COMPARATIVE
IX.2 ANALYSES STATISTIQUES
IX.2.1 Données subjectives
IX.2.2 Données comportementales de conduite
IX.2.3 Données physiologiques
IX.3 RESULTATS
IX.3.1 Données subjectives
IX.3.2 Données comportementales de conduite en situation globale
IX.3.3 Données physiologiques d’un point de vue global
IX.4 DISCUSSION
IX.4.1 Données subjectives
IX.4.2 Données comportementales de conduite
IX.4.3 Données physiologiques
X DISCUSSION GENERALE
X.1 EXPERIMENTATION 1 : LES LIMITES DES QUESTIONNAIRES DE PRESENCE
X.2 EXPERIMENTATION 2 : CARACTERISATION D’INDICATEURS COMPORTEMENTAUX DE LA PRESENCE SUR SIMULATEUR STATIQUE
X.2.1 Le questionnaire de présence : le problème de la mesure qui modifie en elle même modifie ce qu’elle cherche à déterminer
X.2.2 La valence émotionnelle du phénomène de présence
X.2.3 La performance de conduite : observable nécessaire à considérer mais pas suffisante pour constituer un indicateur comportemental de la présence
X.2.4 L’éveil physiologique : le cône d’ombre de la présence
X.3 EXPERIMENTATION 3 : CARACTERISATION D’INDICATEURS COMPORTEMENTAUX DE LA PRESENCE SUR SIMULATEUR DYNAMIQUE
X.3.1 Le questionnaire de présence : baisse de sensibilité possiblement imputable à l’effet de plus grande immersion du simulateur dynamique
X.3.2 La présence sous simulateur dynamique : expérience émotionnelle plus marquée
X.3.3 La performance de conduite : indicateur moins sensible à la présence sur le simulateur dynamique
X.3.4 La conductance électrodermale : indicateur moins sensible à la présence sur le simulateur dynamique
X.4 BILAN DE L’ETUDE COMPARATIVE DE LA PRESENCE ENTRE LES SIMULATEURS STATIQUE ET DYNAMIQUE
X.4.1 L’investigation subjective de la présence : de la symptomatologie au diagnostic
X.4.2 La performance de conduite sur simulateur dynamique : un indicateur de présence ou un effet collatéral des limites de la simulation ?
X.4.3 L’éveil physiologique à travers l’activité électrodermale : indicateur de présence ou de sensation forte ?
X.4.4 Perspectives de recherche
XI BIBLIOGRAPHIE

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