Suivre l'oeil du pilote à la trace

En collaboration avec Swiss International Air Lines, la NASA et d'autres partenaires, les chercheurs de l'ETH Zurich ont développé un logiciel de suivi oculaire pour la formation des pilotes. Cela permet aux instructeurs d'analyser le comportement visuel des élèves-pilotes dans le poste de pilotage.
Dans le cockpit d'un simulateur de vol A320, un système de suivi oculaire composé de caméras et de capteurs infrarouges permet de suivre en permanence l'orientation du pilote (à gauche). (Image : David Rudi/ETH Zurich)

Quiconque s'est déjà assis dans un poste de pilotage sait à quel point il est mentalement difficile de piloter un avion. Au cours d'un vol, les pilotes et copilotes doivent traiter une énorme quantité d'informations visuelles, acoustiques et spatiales. Garder un œil constant sur les nombreux instruments dans le cockpit est une tâche ardue, car les pilotes doivent vérifier les bons indicateurs pendant une manœuvre - et cela, souvent dans un ordre précis.

Ce processus de «balayage» des systèmes de vol est quelque chose que les pilotes intériorisent pendant leur formation. Mais même pour des instructeurs expérimentés, il est difficile de juger si un élève-pilote regarde les bons instruments au moment crucial. En collaboration avec Swiss International Air Lines, des chercheurs dirigés par le professeur Martin Raubal, professeur à l'ETH Zurich, ont utilisé pour la première fois la technologie du suivi oculaire pour comprendre comment les pilotes surveillent les systèmes automatiques des avions de ligne modernes.

Voir ce que le pilote voit

La technologie de suivi oculaire par caméra permet une surveillance précise des mouvements oculaires d'une personne. «Puisque les mouvements oculaires permettent de tirer des conclusions sur les processus de pensée d'une personne, Swiss a eu l'idée d'utiliser le suivi oculaire dans la formation des pilotes», explique Martin Raubal, professeur d'ingénierie de la géoinformation à l'ETH Zurich.

L'idée s'est transformée en un partenariat économique de plusieurs années entre la NASA, Lufthansa Aviation Training et l'Université de l'Oregon, en plus de l'ETH Zurich. L'objectif commun était d'améliorer la formation sur simulateur de vol et, par conséquent, la sécurité dans le poste de pilotage. L'équipe de Martin Raubal a développé le logiciel «iAssyst» qui assiste les instructeurs de vol dans la formation des pilotes en herbe. Les chercheurs ont récemment parlé de leurs travaux dans la revue Ergonomics.

Réduire le fardeau des instructeurs

«iAssyst» signifie «Instructor Assistant System». Le programme intègre des enregistrements vidéo, audio et des enregistrements sur simulateur tout en affichant simultanément les regards des pilotes. Pour ne pas distraire les pilotes, un système de suivi oculaire composé de caméras fixes et de capteurs infrarouges a été spécialement installé dans le poste de pilotage d'un simulateur de vol A320. «La mise en place et le calibrage du système pour chaque stagiaire pilote sont plus laborieux qu'avec des lunettes de suivi oculaire, mais cela nous a donné de meilleurs résultats», explique David Rudi, qui a mis en œuvre l'application dans le cadre de son doctorat au Geogaze-Lab de le Chaire de Geoinformation Engineering.

Les chercheurs de l'ETH Zurich ont conçu leur logiciel en étroite collaboration avec des experts de l'aviation des partenaires du projet avant de l'évaluer avec l'aide de sept instructeurs actifs de Suisse. Lors d'un vol d'entraînement, l'instructeur est assis à l'arrière du poste de pilotage, d'où il fait fonctionner le simulateur et joue le rôle de contrôleur de vol tout en surveillant de près le pilote. «Par conséquent, les instructeurs manquent parfois - ou se trompent - d'informations pertinentes qui sont essentielles à l'analyse du vol de formation du pilote», explique M. Rudi.

Les résultats de l'étude ont montré que «iAssyst» permettait en fait aux instructeurs d'analyser plus précisément les performances de vol des pilotes. «L'outil nous aide à identifier les faiblesses du balayage systématique et à déceler les lacunes de perception lors de certaines phases de vol», confirme le pilote de Swiss Air Lines, Benedikt Wagner, qui est lui-même instructeur et a supervisé le projet de suivi du regard de Swiss. En utilisant le logiciel, les formateurs ont pu mieux évaluer les causes d'erreurs potentielles des pilotes et adapter la formation en conséquence.

Axé sur les objectifs individuels

C'est la première fois qu'un projet de recherche analyse les interactions oculaires des pilotes dans un simulateur de vol. Dans le cadre de cette collaboration, il était important pour l'équipe de Martin Raubal de générer un bénéfice scientifique autonome, car le fait d'améliorer la formation de pilote ne pouvait pas constituer pour des scientifiques de l'ETH Zurich un objectif en soi. «C'est pourquoi nous nous sommes concentrés sur le développement de logiciels», explique M. Rudi.

Pour Swiss, en revanche, le projet portait essentiellement sur le processus de scannage dans le cockpit. Grâce au système de suivi oculaire, ils ont pu étudier cet aspect séparément avec des psychologues de l'aviation de la Nasa et de l'Université de l'Oregon. Les connaissances qui en ont résulté ont conduit à l'élaboration de nouvelles lignes directrices pour la surveillance visuelle des systèmes de vol automatique. Lufthansa Aviation Training a fourni au consortium l'expertise technique et l'infrastructure du simulateur. Enfin, l'Office fédéral de l'aviation civile (OFAC) a pris en charge environ 40 % des coûts du projet.

Un seul outil - de nombreuses possibilités

Martin Raubal et David Rudi voient une application évidente d'«iAssyst» dans les discussions d'évaluation menées après des vols d'entraînement en simulateur. À long terme, le programme pourrait également être utilisé dans de vrais cockpits - bien que cette possibilité soit encore lointaine.

Mais l'aviation n'est pas le seul domaine de recherche dans lequel le suivi visuel peut contribuer à améliorer les interactions entre les utilisateurs et les systèmes techniques. Selon les deux chercheurs, leur logiciel pourrait également être utilisé dans la formation médicale, par exemple, lorsque les médecins utilisent des simulateurs pour pratiquer des opérations sur un corps artificiel.