Soutenance de thèse de Mathieu THOMAS

La sécurité des atterrissages d'hélicoptères sur des navires (i.e., un appontage) nécessite une interface adéquate afin de prévenir les accidents associés aux limitations perceptives des pilotes. Dans cette thèse, une interface visuelle en réalité virtuelle a été conçue et testée pour améliorer la sécurité et la performance des pilotes. L'approche novatrice repose sur la modélisation des affordances. Cette modélisation permet d'étudier le comportement des pilotes lors de l’appontage et d’établir les fondements théoriques nécessaires à la conception de l’interface écologique pour améliorer la perception des pilotes et leur sécurité. L’interface inédite proposée résulte d’un processus de conception en 4 étapes : (1) une analyse du domaine de travail aéronaval basée sur les données bibliographiques pertinentes et les entretiens avec deux pilotes chevronnés ; (2) une analyse du comportement de pilotes en environnement immersif ; (3) une modélisation des possibilités d’appontage formalisées en tant qu’affordance d’appontabilité; et (4) une évaluation en virtualité augmentée des bénéfices de l’interface visuelle conçue pour augmenter la perception de l’affordance d’appontabilité, et ainsi assister la prise de décision du pilote. Les principaux résultats obtenus mettent en évidence que les pilotes experts couplent les mouvements verticaux de leur appareil avec ceux du navire afin de minimiser la vitesse d'impact au moment du poser. Ce couplage apparait dans la dernière phase de l’appontage (stationnaire) et s’intensifie lorsque le niveau de mer, et donc l’amplitude des déplacements du navire, augmentent. En effet, l’analyse des trajectoires de vol montre une corrélation significative entre les positions verticales de l’hélicoptères et du navire lorsque l’appareil est à proximité du pont d’envol. La force du couplage est lui-même corrélé à l’intensité de la vitesse d’impact de l’hélicoptère sur le pont. Le modèle d'affordance d'appontabilité (3), qui spécifie les possibilités d'apponter dans les limites de vitesse d'impact identifiées lors de l’analyse du domaine de travail (1), permet de questionner le rationnel de la stratégie de couplage observée (2). En effet, la modélisation rend visible un paysage d’affordance d’appontabilité à la topologie particulière, composé d’attracteurs (fenêtres de faibles vitesses d’impact) et repousseurs (fenêtres de forte vitesse d’impact) évoluant dynamiquement au fil du temps suivant les états du navire et de l’hélicoptère. L’étude numérique du modèle simplifié permet de généraliser ces observations pour des modèles réalistes. L’étude en virtualité augmentée (4) montre que le modèle rend bien compte des décisions d'apponter ou non. En effet, la fréquence des décisions d’apponter des participants est déterminée par la topologie du paysage d’affordance, les fréquences plus élevées étant observées au niveau des attracteurs et les plus basses au niveau des repousseurs. Ainsi, l'interface conçue pour visualiser l'affordance d'appontabilité améliore la distinction entre les situations d'appontage risquées et sûres en augmentant cet effet. Finalement, de futures développements et raffinements du modèle sont proposés pour l'appliquer à l'avenir dans ce domaine à forts enjeux.

The safety of helicopter landings on ships (i.e., deck landings) requires an appropriate interface to prevent accidents associated with the pilots' perceptual limitations. In this doctoral thesis, a visual interface was designed and tested in virtual reality to enhance pilots' safety and performance. The innovative approach is based on the modeling of affordances, allowing for the study of pilots' behavior during deck landings and establishing the theoretical foundations necessary for the design of an ecological interface to improve pilots' perception and safety. The proposed novel interface resulted from a four-step design process: (1) an analysis of the aeronaval work domain based on relevant literature and interviews with two experienced pilots; (2) an analysis of pilots' behavior in an immersive environment; (3) the modeling of deck landing possibilities formalized as deck-land-ability affordance; and (4) an evaluation in augmented virtuality of the benefits of the visual interface designed to enhance the perception of the deck-land-ability and assist pilots' decision-making. The main findings highlight that expert pilots couple the vertical movements of their aircraft with those of the ship to minimize the impact velocity during touchdown. This coupling becomes apparent during the final phase of the landing and intensifies as the sea level, and thus the amplitude of the ship's movements, increases. Indeed, the analysis of flight trajectories shows a significant correlation between the vertical positions of the helicopter and the ship when the aircraft is in proximity to the flight deck. The strength of the coupling itself is correlated with the intensity of the helicopter's impact velocity on the deck. The affordance-based landing model (3), which specifies the landing possibilities within the identified impact velocity limits from the work domain analysis (1), allows for questioning the rationale of the observed coupling strategy (2). The modeling makes visible an affordance landscape with a particular topology, consisting of attractors (windows of low impact velocities) and repellers (windows of high impact velocities) dynamically evolving over time based on the states of the ship and the helicopter. The numerical study of the simplified model enables generalizing these observations to realistic models. The augmented virtuality study (4) demonstrates that the model effectively accounts for landing decisions. The frequency of participants' landing decisions is determined by the topology of the affordance landscape, with higher frequencies observed at attractor's locations and lower frequencies at repeller's locations. Thus, the interface designed to visualize the deck-land-ability enhances the distinction between risky and safe landing situations by amplifying this effect. Finally, future developments and refinements of the model are proposed to apply it in this high-stakes domain in the future.