Startle effect et effet de surprise dans le cockpit, détection et contre-mesures

Startle and suprise effect in the cockpit, detection and counter-measures

• Auteur / Autrice : Alexandre Duchevet
• Direction : Mickaël Causse, Jean-Paul Imbert
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2022
• Etablissement(s) : Toulouse, École nationale de l’aviation civile
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ENAC-LAB - Laboratoire de Recherche ENAC

Mots clés

Mots clés libres

Startle effect

Assistant cognitif

Collaboration Homme-Machine

Effet de surprise

Startle effect

Cognitive assistant

Human Machine teaming

Surprise effect

Résumé

Dans le poste de pilotage, le startle effect (l'effet de sursaut) et l'effet de surprise ont souvent été cités comme ayant un effet négatif sur les membres de l'équipage. Ces phénomènes ont en effet joué un rôle déterminant dans de nombreux accidents comme AF 447 (BEA, 2012) pour lequel une “mauvaise gestion de l'effet de surprise a joué un rôle majeur dans la déstabilisation de la trajectoire et la compréhension de la situation par les deux pilotes” ou encore le AirAsia8501 (KNKT, 2014). Les deux termes sont souvent utilisés indistinctement dans le monde de l'aviation mais désignent deux phénomènes différents. Le starle effect peut être défini comme la une réponse défensive et protective face à un stimulus soudain et intense (Konorski, 1948). Il produit deux réactions: Premièrement un réflexe involontaire et immédiat, qui ne dure pas plus de deux secondes (Ekman 1985, Landis et Hunt 1939), qui se traduit par une réponse physiologique comme le clignement des yeux, l'accélération du rythme cardiaque et l'augmentation de la tension musculaire (Koch, 1999). Deuxièmement, une réaction au startle avec une composante à la fois physiologique mais surtout comportementale qui peut avoir un effet jusqu'à une minute après le stimulus. Il peut résulter de cette deuxième réaction une perturbation de tâches moteurs et cognitives (Thackray & Touchstone, 1970; Vlasak, 1969) L'effet de surprise qui résulte d'une disparité entre les attentes d'une personne et ce qu'elle perçoit réellement (Horstmann, 2006) survient quant à lui souvent après le startle. Contrairement au startle effect, la surprise est une réponse émotionnelle. Elle peut apparaître après un stimulus (Kochan, Breiter, & Jentsch, 2004; Rivera et al., 2014) mais peut aussi être déclenchée par l'absence d'un stimulus attendu. Le cockpit étant l'interface entre des systèmes complexes hautement automatisés et les pilotes, la probabilité d'occurrence d'une telle disparité entre la réalité et les attentes des membres de l'équipage n'est pas négligeable. Le but de cette thèse est de détecter ces états et proposer des contre-mesures pour aider la reprise des pilotes. Cette thèse s'attachera à étudier un concept d'assistant virtuel se basant sur des capteurs physiologiques pour détecter un startle effect et/ou une surprise chez les pilotes et mettre en place des contre-mesures pour les aider à récupérer de cet état et les remettre dans la boucle. La thèse pourra se décomposer en deux étapes : Premièrement, la détection du startle et de la surprise grâce à des marqueurs physiologiques et une analyse comportementale du pilote. Ce travail servira dans la deuxième étape au développement d'un assistant conscient du contexte et en particulier du travail du pilote. Secondement, le développement d'un prototype d'assistant permettant de sortir le pilote des effets de startle et de surprise, en mettant en place un processus de conception centré utilisateur, des mises en situation et enfin l'évaluation de l'assistant avec des utilisateurs.

In the cockpit, the startle effect and the surprise effect have often been cited as having a negative effect on the crew members. These phenomena have indeed played a decisive role in many accidents such as AF 447 (BEA, 2012) for which a ''poor management of the surprise effect played a major role in the destabilisation of the trajectory and the understanding of the situation by both pilots'' or AirAsia8501 (KNKT, 2014). The two terms are often used interchangeably in the aviation world but refer to two different phenomena. The starle effect can be defined as the defensive and protective response to a sudden and intense stimulus (Konorski, 1948). It produces two reactions: First, an immediate involuntary reflex, lasting no more than two seconds (Ekman 1985, Landis and Hunt 1939), which results in a physiological response such as blinking, increased heart rate and increased muscle tension (Koch, 1999). Secondly, a reaction to the startle with both a physiological and especially a behavioural component that can have an effect up to one minute after the stimulus. This second reaction may result in disruption of motor and cognitive tasks (Thackray & Touchstone, 1970; Vlasak, 1969) The surprise effect, which results from a disparity between a person's expectations and what they actually perceive (Horstmann, 2006), often occurs after the startle. Unlike the startle effect, surprise is an emotional response. It can occur after a stimulus (Kochan, Breiter, & Jentsch, 2004; Rivera et al., 2014) but can also be triggered by the absence of an expected stimulus. As the cockpit is the interface between highly automated complex systems and pilots, the probability of occurrence of such a mismatch between reality and crew members' expectations is not negligible. The aim of this thesis is to detect these states and propose countermeasures to assist pilot recovery. This thesis will investigate a virtual assistant concept based on physiological sensors to detect a startle effect and/or surprise in pilots and implement countermeasures to help them recover from this state and get back in the loop. The thesis can be broken down into two stages: Firstly, the detection of startle and surprise through physiological markers and pilot behavioural analysis. This work will be used in the second stage to develop a context-aware assistant. Secondly, the development of a prototype assistant that will allow the pilot to escape the effects of startle and surprise, by implementing a user-centred design process, role-playing and finally the evaluation of the assistant with users.