Les environnements virtuels (EVs) sont de plus en plus utilisés dans le domaine de la recherche et de la clinique avec pour avantage que chaque environnement peut être adapté au besoin du participant mais avec pour inconvénient que la pluralité des variables mesurées lors des tests virtuels rend la performance du sujet de plus en plus difficile à expertiser. L’objectif de la thèse est de proposer une approche permettant de qualifier, de façon la plus pertinente possible, la performance du participant dans un EV en tentant de comprendre la charge mentale associée à chaque technique d’interaction et comment celle-ci peut venir influencer la performance du participant. Cinquante-trois participants ont réalisé des tâches dans un EV avec une des cinq techniques d’interaction disponible : la souris, le gamepad, le Razer Hydra, le Razer Hydra avec un tracking de tête et le Razer Hydra avec un casque de RV. Ils étaient attribués à une des deux conditions de difficulté de la tâche : une facile et une difficile avec des tâches additionnelles. Le rythme cardiaque du participant était enregistré et ceux-ci ont renseigné des questionnaires de charge mentale, présence et cybermalaise. L’expérimentation a permis de mettre en avant que la différence de charge mentale entre les différentes techniques d’interaction est faible et que celle-ci se manifeste plus sensiblement lorsque les techniques sont regroupées par leurs caractéristiques. Ainsi les techniques avec une sélection en 3D et un steering effectué par les mouvements de la tête demande plus de charge mentale. Le degré d’expertise avec l’utilisation d’une technique d’interaction n’est pas lié à une modulation de la charge mentale. Cependant les utilisateurs qualifiés d’experts sont plus à même d’explorer le VMT que les novices. De plus, la charge mentale est plus perçue dans les conditions où la difficulté de la tâche est faible alors que dans le cas où la difficulté de la tâche est élevée, ce sont les problèmes d’utilisabilité des techniques d’interaction qui s’expriment. Les participants qui ont une charge mentale élevée ont un score plus faible que les participants qui ont une faible charge mentale, en particulier lors des tâches qui réclament des fonctions cognitives variées. / Virtual environments (Ves) can be modulated and be adapted to the need of each user but the several variables used during cognitiv assessment during virtual tests give the user’s performance uneasy to expertise. The objective of the thesis is to propose an approach to qualify user performance taking acount of his/her workload during the task realization. Fifty-three participants realiazed tasks in a VE with one of five interaction technique: mouse, gamepad, Razer Hydra, Razer Hydra and head tracking and Razer Hydra and HMD. They participate in one of the two conditions: the easy one or the more difficult with additionnal tasks. Heart rate, workload, presence and cybersickness were measured. Results showed that there is only a weak difference of workload accross the several interaction technique and the difference is stronger when interaction technique are grouped according their similiarities. Interaction with 3D selection and with head steering ask for more workload. User habilities with the use of an interaction technique is not related to workload but experts are more likely to explore the VE. What’s more the perceived workload is higher in easy condition whereas usability issues are perceived higher in hard condition. Users with high workload have lower score than those with low workload especially for tasks with high cognitiv demand.

Le contrôle aérien doit faire face à une forte intensification du trafic aérien. Dans cette situation, la problématique de la charge mentale chez les contrôleurs aériens est une préoccupation majeure pour maintenir le niveau de sécurité actuel. Le système d'aide automatisé ERASMUS a été élaboré afin de réduire la charge mentale chez les contrôleurs aériens. L'objectif d'ERASMUS est de compenser les effets liés à l'intensification du trafic en réduisant de manière subliminale la charge mentale associée à l'augmentation des conflits potentiels. L'objectif principal de cette thèse est de proposer pour la première fois une mesure objective de l'impact du système d'aide ERASMUS sur la charge mentale des contrôleurs aériens. La réalisation de cet objectif a nécessité le développement d'une plateforme originale d'enregistrement et de traitement des mouvements oculaires non intrusive dans un environnement de simulation hautement fidèle. Les mouvements oculaires d'un groupe de contrôleurs aériens experts ont été enregistrés. En accord avec l'hypothèse d'ERASMUS, les résultats ont montré des effets de tailles moyennes à grandes sur l'amplitude des saccades, le temps moyen passé sur les aéronefs et sur la distribution de l'attention allouée à la scène visuelle. De plus, sans ERASMUS, l'augmentation de la densité du trafic a augmenté de manière significative les diamètres pupillaires. A l'opposé, quand ERASMUS est actif, l'intensification du trafic n'a pas impacté significativement les diamètres pupillaires. Nous discutons l'impact d'ERASMUS sur la charge mentale ainsi que l'utilisation des mesures oculométriques dans un environnement de simulation écologique de contrôle aérien.

Les variables neurovégétatives permettent d'évaluer l'état fonctionnel de l'individu, et représentent un intérêt pour mieux comprendre le comportement du conducteur, facteur déterminant de la sécurité routière. Ce travail est centré sur l'évaluation de la charge mentale du conducteur automobile par l'analyse de l'activité électrodermale. L'objectif est d'extraire les meilleurs indicateurs du signal électrodermal pour différencier la charge mentale induite par des situations de conduite réelle. L'analyse d'une trentaine d'indicateurs phasiques a permis de différencier des situations de conduite nominale, comparables en termes d'exigence comportementale mais différentes au niveau cognitif. Après traitement approprié du signal, en particulier en appliquant des transformations log, l'amplitude des réponses électrodermales est apparue comme un des indices les plus discriminants. Toutefois, les différences de charge mentale induites par les situations de conduite n'ont pas exactement correspondu à celles qui avaient été supposées. Une explication alternative mettant en avant des processus d'anticipation est proposée. Trois indicateurs toniques, dont deux sont nouveaux, ont ensuite été testés dans une expérience de double tâche, où une activité secondaire distractive était effectuée simultanément à la conduite. L'un s'est révélé inadapté au profil des signaux, mais les deux autres ont permis d'établir une hiérarchisation partielle de la surcharge induite. Particulièrement sensible à l'aspect cognitif de la distraction, l'évaluation psychophysiologique de la charge mentale par l'activité électrodermale apparaît complémentaire de l'analyse de la performance de conduite.

Les variables neurovégétatives permettent d’évaluer l’état fonctionnel de l’individu, et représentent un intérêt pour mieux comprendre le comportement du conducteur, facteur déterminant de la sécurité routière. Ce travail est centré sur l’évaluation de la charge mentale du conducteur automobile par l’analyse de l’activité électrodermale. L’objectif est d’extraire les meilleurs indicateurs du signal électrodermal pour différencier la charge mentale induite par des situations de conduite réelle. L’analyse d’une trentaine d’indicateurs phasiques a permis de différencier des situations de conduite nominale, comparables en termes d’exigence comportementale mais différentes au niveau cognitif. Après traitement approprié du signal, en particulier en appliquant des transformations log, l’amplitude des réponses électrodermales est apparue comme un des indices les plus discriminants. Toutefois, les différences de charge mentale induites par les situations de conduite n’ont pas exactement correspondu à celles qui avaient été supposées. Une explication alternative mettant en avant des processus d’anticipation est proposée. Trois indicateurs toniques, dont deux sont nouveaux, ont ensuite été testés dans une expérience de double tâche, où une activité secondaire distractive était effectuée simultanément à la conduite. L’un s’est révélé inadapté au profil des signaux, mais les deux autres ont permis d’établir une hiérarchisation partielle de la surcharge induite. Particulièrement sensible à l’aspect cognitif de la distraction, l’évaluation psychophysiologique de la charge mentale par l’activité électrodermale apparaît complémentaire de l’analyse de la performance de conduite. / As an assessment tool for individual’s functional state, autonomic indices can help improving our knowledge of drivers’ behaviour, which is a central road safety causal factor. This work is focused on driver’s mental workload assessment, relying on electrodermal activity analysis. This is an attempt to highlight the most reliable electrodermal indices with the aim to distinguish accurately mental workload elicited by actual driving situations. The analysis of about thirty phasic indices, led to differentiate nominal driving situations. These were selected on the basis of comparable behavioural requirements, but of differences cognitive processes. After appropriate signal processing, (using log transformations in particular), electrodermal responses amplitude has the most potential to distinguish among experimental conditions. However, some of the differences about mental workload were not exactly those which were previously expected. An alternative interpretation of results highlighting anticipation processes is thus proposed. Tonic variations were then studied in a dual task experiment, including two new indices. The distractive power of several secondary tasks, performed while driving, was to be evaluated using these indices. One of the indices was unrelated to signals’ profile. Conversely, the two others gave a clear distinction of potential distraction elicited selectively by each secondary task. Mental workload was thus showed as being evaluated accurately using electrodermal activity analysis. Using objective physiological data and defining new electrodermal indices brought more reliability in the field of mental workload. Thus, electrodermal activity is a good candidate to complete data usually brought by tests or questionnaires.

La validité des simulateurs de conduite est une question essentielle pour étayer et valoriser les travaux visant à mieux comprendre les comportements de conduite. Alors que les dimensions subjective et comportementale de la validité ont été régulièrement étudiées, elles font face à certaines limites. A l’opposé, rares sont les études qui se sont intéressées à la validité psychologique des simulateurs. Cette dimension compare l'implication des mécanismes qui sous-tendent les comportements entre conduite réelle et virtuelle. De plus, très peu d’études ont confronté les différentes dimensions de la validité, alors que cela pourrait contribuer au développement d’une métrologie des environnements virtuels. C’est précisément à ce niveau que se situe ce travail de thèse, au cours duquel des mesures classiques de la validité comportementale (vitesse, contrôle latéral) ont été confrontées à des mesures de la validité psychologique examinée sous l’angle de la charge mentale en prenant notamment comme indicateur les clignements oculaires. L’objectif principal était de déterminer si le niveau de charge mentale diffère entre conduite sur route et conduite sur simulateur dans des cas où les comportements observés ne permettent pas de faire de distinction.Pour répondre à cette question, ce travail de thèse a été organisé autour de trois expériences réalisées sur simulateur de conduite et d’une étude sur route réelle. Les deux premières expériences visaient à mieux cerner l’effet de certains facteurs inhérents à la conduite sur route ouverte (trafic, environnement) sur les comportements de conduite et la charge mentale. La troisième expérience était quant à elle destinée à comparer la charge mentale induite par la conduite réelle et la conduite sur simulateur « bas coût », en confrontant cette mesure de la validité psychologique aux mesures comportementales classiques. Enfin, la quatrième expérience a porté sur les effets du retour d’effort du volant sur cette même charge mentale.Les principaux résultats ont mis en évidence un niveau de charge supérieur en conduite simulée par comparaison à la conduite en situation réelle, alors que certaines mesures comportementales (vitesse) n’étaient pas différentes. Cette charge accrue sur simulateur ne semble cependant pas trouver son origine dans le retour d’effort au volant, les modalités de retour testées n’ayant pas eu d’effet sur les indicateurs de la charge. Au final, ce travail confirme que la prise en compte de la validité psychologique, examinée ici sous l’angle de la charge mentale, présente un intérêt dans une démarche d’évaluation, dans le but de mieux cerner le positionnement des utilisateurs face à un dispositif de réalité virtuelle. Il ouvre ainsi des perspectives pour améliorer la validité des simulateurs de conduite. / The validity of driving simulators is an essential subject to support and highlight the works aiming to understand driving behaviours more thoroughly. While the subjective and behavioural dimensions of that validity have often been studied, they encounter a few limits. On the other hand, studies about simulators’ validity are fairly rare. This dimension compares the implication of mechanisms inherent in behaviours between real and virtual driving. Furthermore, very few studies have considered the various dimensions of validity at once, whereas it could contribute to the development of a metrology for virtual environments. This thesis is precisely about this, with confrontations between classical measurements of behavioural validity (speed, lateral control) and measurements of psychological validity, examined from the viewpoint of mental workload - using indicators such as eye blinking. The main objective was to ascertain whether the mental workload levels vary between road driving and simulated driving when the observed behaviours aren’t relevant to make a clear difference.To answer this question, this thesis has been organised around three experiences carried out on driving simulators and a comparison between actual road driving and low-cost simulated driving. Two of those experiences were conducted to finely analyse the effect of some factors inherent to open road driving (traffic, environment) on driving behaviours and mental workload. The third experience was made to compare the mental workload induced by real driving and low-cost simulator driving, by putting this psychological validity measurement against classical behavioural measurements. Lastly, the fourth experience focused on the effects of the driving wheel’s force-feedback on this same mental workload.The main results revealed a higher workload level on simulated driving than on real driving, while some behavioural measurements (speed) were not different. This increased workload with the simulator does not seem to stem from the wheel’s force-feedback, since the tested feedback methods did not have a repercussion on the workload levels. In the end, this work confirms that taking psychological validity - examined here from a mental workload viewpoint - does have an interest within an evaluation process to analyse in a finer fashion the mental state of users when faced with a virtual reality system. It creates prospects to improve the validity of driving simulators.

Les contrôleurs du trafic aérien ou " aiguilleurs du ciel ", dont l'activité consiste à assurer la sécurité de l'écoulement du trafic aérien, vont bientôt être confrontés à une évolution sans précédent de leur activité de travail. Pour pallier à une évolution de contexte, associée principalement à une augmentation significative du niveau de trafic aérien, la construction d'un nouvel environnement de contrôle induisant l'introduction de nouvelles technologies et de l'automatisation partielle de la tâche de contrôle est visée. Ces perspectives, qui ont pour objectif de diminuer les sollicitations des contrôleurs aériens afin d'augmenter le seuil capacitaire de gestion du trafic aérien, suscitent l'interrogation. Notamment, comment assurer la validation de ces évolutions en vue des objectifs visés ? Ce doctorat porte sur l'étude de la charge mentale de contrôleurs aériens dans différents contextes, afin d'évaluer les effets engendrés par de telles modifications apportées à leur environnement de travail quotidien. L'évaluation proposée repose sur une approche multidimensionnelle centrée sur l'analyse de paramètres oculaires enregistrés grâce à une technique d'eye-tracking dans des situations de contrôle écologiquement valides, en référence à la tâche de contrôle du trafic aérien. La première étude a tout d'abord permis de caractériser la gestion de la charge mentale effectuée par les contrôleurs aériens au cours de leur activité dans une situation nominale (reflétant la situation de contrôle du trafic aérien actuelle). La deuxième étude porte sur les effets générés par l'introduction de nouveaux systèmes informatisés d'aide à la décision induisant une automatisation partielle de la tâche de contrôle. Enfin, la dernière étude souligne l'effet du niveau de formation sur les modes de gestion des ressources cognitives employés par les contrôleurs aériens.

Les exigences opérationnelles du métier de pilote sont susceptibles d'engendrer de la somnolence et des niveaux de charge mentale inadéquats (i.e., trop faible ou trop élevé) au cours des vols. Les dettes de sommeil et les perturbations circadiennes liées à divers facteurs (e.g., longues périodes de services, horaires de travail irrégulier, etc.) demandent aux pilotes de repousser sans cesse leurs limites biologiques. Par ailleurs, la charge de travail mental des pilotes présente de fortes variations au cours d'un vol : élevée au cours des phases critiques (i.e., décollage et atterrissage), elle devient très réduite pendant les phases de croisière. Lorsque la charge mentale devient trop élevée ou, à l'inverse, trop faible, les performances se dégradent et des erreurs de pilotage peuvent apparaître. La mise en oeuvre de méthodes de détection de l'état de somnolence et du niveau de charge mentale en temps quasi réel est un défi majeur pour le suivi et le contrôle de l'activité de pilotage. L'objectif de la thèse est de déterminer si la voix humaine peut permettre de détecter d'une part, l'état de somnolence et d'autre part, le niveau de charge mentale d'un individu. Dans une première étude, la voix de participants a été enregistrée lors d'une tâche de lecture avant et après une nuit de privation totale de sommeil (PTS). Les variations de l'état de somnolence consécutives à la PTS ont été évaluées au moyen de mesures auto-évaluatives et électrophysiologiques (ÉlectroEncéphaloGraphie [EEG] et Potentiels Évoqués [PEs]). Les résultats ont montré une variation significative après la PTS de plusieurs paramètres acoustiques liés : (a) à l'amplitude des impulsions glottiques (fréquence de modulation d'amplitude), (b) à la forme du signal acoustique (longueur euclidienne du signal et ses caractéristiques associées) et (c) au spectre du signal des voyelles (rapport harmonique sur bruit, fréquence du second formant, coefficient d'asymétrie, centre de gravité spectral, différences d'énergie, pente spectrale et coefficients cepstraux à échelle Mel). La plupart des caractéristiques spectrales ont montré une sensibilité différente à la privation de sommeil en fonction du type de voyelles. Des corrélations significatives ont été mises en évidence entre plusieurs paramètres acoustiques et plusieurs indicateurs objectifs (EEG et PEs) de l'état de somnolence. Dans une seconde étude, le signal vocal a été enregistré durant une tâche de rappel de listes de mots. La difficulté de la tâche était manipulée en faisant varier le nombre de mots dans chaque liste (i.e., entre un et sept, correspondant à sept conditions de charge mentale). Le diamètre pupillaire - qui est un indicateur objectif pertinent du niveau de charge mentale - a été mesuré simultanément avec l'enregistrement de la voix afin d'attester de la variation du niveau de charge mentale durant la tâche expérimentale. Les résultats ont montré que des paramètres acoustiques classiques (fréquence fondamentale et son écart type, shimmer, nombre de périodes et rapport harmonique sur bruit) et originaux (fréquence de modulation d'amplitude et variations à court-terme de la longueur euclidienne du signal) ont été particulièrement sensibles aux variations de la charge mentale. Les variations de ces paramètres acoustiques étaient corrélées à celles du diamètre pupillaire. L'ensemble des résultats suggère que les paramètres acoustiques de la voix humaine identifiés lors des expérimentations pourraient représenter des indicateurs pertinents pour la détection de l'état de somnolence et du niveau de charge mentale d'un individu. Les résultats ouvrent de nombreuses perspectives de recherche et d'applications dans le domaine de la sécurité des transports, notamment dans le secteur aéronautique. / Operational requirements of aircraft pilots may cause drowsiness and inadequate mental load levels (i.e., too low or too high) during flights. Sleep debts and circadian disruptions linked to various factors (e.g., long working periods, irregular work schedules, etc.) require pilots to challenge their biological limits. Moreover, pilots' mental workload exhibits strong fluctuations during flights: higher during critical phases (i.e., takeoff and landing), it becomes very low during cruising phases. When the mental load becomes too high or, conversely, too low, performance decreases and flight errors may manifest. Implementation of detection methods of drowsiness and mental load levels in near real time is a major challenge for monitoring and controlling flight activity. The aim of this thesis is therefore to determine if the human voice can serve to detect on one hand the drowsiness and on the other hand the mental load level of an individual. In a first study, the voice of participants was recorded during a reading task before and after a night of total sleep deprivation (TSD). Drowsiness variations linked to TSD were assessed using self-evaluative and electrophysiological measures (ElectroEncephaloGraphy [EEG] and Evoked Potentials [EPs]). Results showed significant variations after the TSD in many acoustic features related to: (a) the amplitude of the glottal pulses (amplitude modulation frequency), (b) the shape of the acoustic wave (Euclidean length of the signal and its associated features) and (3) the spectrum of the vowel signal (harmonic-to-noise ratio, second formant frequency, skewness, spectral center of gravity, energy differences, spectral tilt and Mel-frequency cepstral coefficients). Most spectral features showed different sensitivity to sleep deprivation depending on the vowel type. Significant correlations were found between several acoustic features and several objective indicators (EEG and PEs) of drowsiness. In a second study, voices were recorded during a task featuring word-list recall. The difficulty of the task was manipulated by varying the number of words in each list (i.e., between one and seven, corresponding to seven mental load conditions). Evoked pupillary response - known to be a useful proxy of mental load - was recorded simultaneously with speech to attest variations in mental load level during the experimental task. Results showed that classical features (fundamental frequency and its standard deviation, shimmer, number of periods and harmonic-to-noise ratio) and original features (amplitude modulation frequency and short-term variation in digital amplitude length) were particularly sensitive to variations in mental load. Variations in these acoustic features were correlated to those of the pupil size. Results suggest that the acoustic features of the human voice identified during these experiments could represent relevant indicators for the detection of drowsiness and mental load levels of an individual. Findings open up many research and applications perspectives in the field of transport safety, particularly in the aeronautical sector.

L’évolution de la technologie se traduit par l’émergence de systèmes de plus en plus complexes et automatisés. Dans les situations dynamiques, l’activité de l’opérateur est désormais plus centrée sur la supervision que sur l’exécution. Ces situations sont caractérisées par la complexité, l’incertitude, un contrôle partiel et un risque important de perdre la maîtrise de la situation. L’objectif principal des travaux présentés dans ce manuscrit est de créer un indicateur synthétique de charge mentale, qui servira à piloter une réallocation des fonctions en temps réel. Il s'agit, in fine, de permettre à l’opérateur de mieux réguler sa charge mentale, et de l'aider à garder ou à récupérer la maîtrise de la situation. Ces travaux sont appliqués à l’activité de supervision d’un essaim de drones étudiée sur une plateforme de simulation (la plateforme SUSIE). Nous avons pour cela revisité et combiné le modèle de Hart et Staveland (1988), qui considère la charge mentale comme une construction multidimensionnelle et celui de Sperandio (1971), qui se focalise sur les régulations de l’activité. Cela nous a amené à proposer un modèle dynamique et tridimensionnel (basé sur l’analyse des contraintes, des effets de la charge sur la tâche et l’opérateur, et des régulations), sur lequel nous nous sommes appuyés pour construire une démarche de création d’un indicateur synthétique de charge mentale. Cette démarche se décompose en quatre étapes. La première consiste à réaliser une analyse de la tâche en suivant la méthodologie de Sperandio (1988), afin de définir et d’identifier les descripteurs de la charge mentale suivant les trois catégories de notre modèle dynamique et tridimensionnel. La seconde étape s’appuie sur la réalisation d’une expérimentation, qui vise à valider ou exclure les indicateurs identifiés, en fonction de leur sensibilité aux variations de charge mentale (telle que définie par Cegarra et Chevalier (2008)). Les résultats montrent notamment que le diamètre pupillaire et l’observation des régulations permettent une mesure sensible. La troisième étape a pour objectif de créer un indicateur synthétique de charge mentale en fusionnant par réseaux bayésiens et logique floue les indicateurs retenus. Enfin, la dernière phase supporte la conception d’une allocation dynamique des fonctions, déclenchée à partir de l’indicateur synthétique de charge mentale. Une deuxième expérimentation a été menée afin d’évaluer l’apport de la réallocation. Elle montre que l’aide permet à l’opérateur de mieux réguler son activité ; elle modifie la charge de travail (contrainte), mais ne réduit pas la charge mentale. / The evolution of technology has resulted in the emergence of increasingly complex and automated systems. In dynamic situations, the activity of the operator is now more centred on supervision than on execution. These situations are characterized by complexity, uncertainty, partial control and a significant risk of losing control of the situation. The main objective of the work presented in this manuscript is to create a synthetic mental workload indicator, which will be used to trigger a reallocation of functions in real time. The ultimate goal is to enable the operator to better regulate his/her mental workload and to help him/her maintain or regain control of the situation. This work is applied to the supervision activity of a drone swarm studied on a simulation platform (the SUSIE platform). We have revisited and combined the model of Hart and Staveland (1988), which considers the mental workload as a multidimensional construct and that of Sperandio (1971), which focuses on the regulation of activity. This led us to propose a dynamic and three-dimensional model (based on the analysis of the constraints, the effects of the workload on the task and the operator, and the regulations), on which we relied to build a creative approach of a synthetic mental workload indicator. This process is divided into four stages. The first consists in carrying out an analysis of the task following the methodology of Sperandio (1988), to define and identify the descriptors of the mental workload according to the three categories of our dynamic and three-dimensional model. The second step is based on the realization of an experiment, which aims to validate or exclude the identified indicators, per their sensitivity to variations in mental workload (as defined by Cegarra et Chevalier (2008)). The results show in particular that the pupillary diameter and the observation of the regulations allow an appreciable measurement. The third step aims to create a synthetic indicator of mental load by merging the chosen indicators by using Bayesian networks and fuzzy logic. Finally, the last phase supports the design of a dynamic allocation of functions, triggered from the synthetic indicator of mental workload. A second experiment was carried out to evaluate the contribution of reallocation. It shows that the aid allows the operator to better regulate his activity; it modifies the task workload (constraint), but does not reduce the mental workload.

Les contrôleurs du trafic aérien ou « aiguilleurs du ciel », dont l’activité consiste à assurer la sécurité de l’écoulement du trafic aérien, vont bientôt être confrontés à une évolution sans précédent de leur activité de travail. Pour pallier à une évolution de contexte, associée principalement à une augmentation significative du niveau de trafic aérien, la construction d’un nouvel environnement de contrôle induisant l’introduction de nouvelles technologies et de l’automatisation partielle de la tâche de contrôle est visée. Ces perspectives, qui ont pour objectif de diminuer les sollicitations des contrôleurs aériens afin d’augmenter le seuil capacitaire de gestion du trafic aérien, suscitent l’interrogation. Notamment, comment assurer la validation de ces évolutions en vue des objectifs visés ? Ce doctorat porte sur l’étude de la charge mentale de contrôleurs aériens dans différents contextes, afin d’évaluer les effets engendrés par de telles modifications apportées à leur environnement de travail quotidien. L’évaluation proposée repose sur une approche multidimensionnelle centrée sur l’analyse de paramètres oculaires enregistrés grâce à une technique d’eye-tracking dans des situations de contrôle écologiquement valides, en référence à la tâche de contrôle du trafic aérien. La première étude a tout d’abord permis de caractériser la gestion de la charge mentale effectuée par les contrôleurs aériens au cours de leur activité dans une situation nominale (reflétant la situation de contrôle du trafic aérien actuelle). La deuxième étude porte sur les effets générés par l’introduction de nouveaux systèmes informatisés d’aide à la décision induisant une automatisation partielle de la tâche de contrôle. Enfin, la dernière étude souligne l’effet du niveau de formation sur les modes de gestion des ressources cognitives employés par les contrôleurs aériens. / The air traffic controllers, whose job is to ensure the safety of air traffic flow, will soon be faced to an unprecedented change in their work activity. To compensate a change of context, mainly associated with a significant increase of the air traffic density, the elaboration of a new air traffic control environment is considered. In particular, the introduction of new technologies (all electronic devices) causing the partial automation of the control task, has been defined as prospects for the En-Route air traffic control work position. These perspectives aim at reducing the air traffic controllers’ requirements in order to increase the capability threshold of air traffic management associated with air traffic control service rendered. Such a change may however query. Indeed, how to ensure the validation of these developments to the objectives? This research aims to study the air traffic controllers’ mental workload in different contexts. The objective of this approach is to assess the effects caused by such changes in the air traffic controllers’ daily work environment. The proposed assessment is based on a multidimensional approach mainly focused on the analysis of ocular parameters recorded through an eye-tracking technique in air traffic control situations ecologically valid with reference to the features of air traffic control task. The results deduced from the empirical work of this research were first used to characterize the management of mental workload carried by air traffic controllers during their activity in the nominal situation (reflecting the current air traffic control situation). The results obtained through this research also focused on the effects generated by the introduction of new computerized systems inducing a partial automation of the control task, and those induced by the level of training dedicated to the use of such systems on the management methods of cognitive resources employed by air traffic controllers.

L'auto-évaluation est un processus métacognitif central dans le cadre d'un apprentissage en autonomie. Des décennies de recherche ont montré, toutefois, que les apprenants n'auto-évaluaient pas leurs performances futures avec exactitude, conduisant les chercheurs à essayer de mieux comprendre le processus d'auto-évaluation afin d'en améliorer l'exactitude. La majeure partie des travaux effectués sur le sujet ont, toutefois, été réalisés dans des situations peu écologiques et impliquent des tâches d'apprentissage simples (e.g. l'apprentissage associatif) ou classiques (e.g. compréhension de textes linéaires). Cette thèse présente trois études qui se centrent autour de l'exactitude de l'auto-évaluation dans des contextes plus écologiques. Ces études testent l'efficacité de divers outils d'aide à l'auto-évaluation sur une tâche d'apprentissage intégrée aux enseignements des participants. Elles considèrent également des caractéristiques propres à la tâche ou à l'apprenant. Ainsi, la première étude combinait plusieurs outils d'aide à l'auto-évaluation (incitations à la prise de conscience des stratégies utilisées et de leur pertinence, et auto-explications) afin d'améliorer l'exactitude des auto-évaluations sur des connaissances déclaratives et procédurales. Une deuxième étude explorait l'effet des cartes conceptuelles en tant qu'outil d'aide à l'auto-évaluation. L'efficacité des cartes conceptuelles sur l'exactitude de l'auto-évaluation et l'apprentissage a été testée selon le mode de leur utilisation (construction vs. consultation), le moment de leur présentation (simultanément à l'apprentissage vs. en différé) et le niveau d'expertise des apprenants (experts vs. novices). Enfin, la troisième étude évaluait si un entraînement relativement long à l'utilisation des cartes conceptuelles permettait d'en faire un outil efficace pour améliorer l'exactitude de l'auto-évaluation et l'apprentissage. Les résultats obtenus lors de ces trois études n'ont pas confirmé nos hypothèses relatives à l'efficacité des outils d'aide à l'auto-évaluation sur l'exactitude de l'auto-évaluation. Les résultats montrent, cependant, que les participants auto-évaluaient avec plus d'exactitude des connaissances déclaratives que procédurales (Étude 1). Les résultats ont également répliqué, sur une tâche plus écologique, l'effet positif du niveau des connaissances antérieures dans le domaine d'apprentissage sur l'exactitude de l'auto-évaluation, généralement démontré dans la littérature sur des tâches de laboratoire (Étude 2). Finalement, les résultats ont révélé que la durée de l'entraînement à la réalisation de cartes conceptuelles n'avait pas d'effet sur l'efficacité des cartes conceptuelles (Étude 3). La discussion de ces résultats est organisée autour de quatre points principaux. Une première partie revient sur la question de l'adaptation des outils d'aide à l'auto-évaluation au niveau d'expertise des apprenants. Une seconde partie traite de l'adéquation des outils d'aide à l'auto-évaluation avec le type de connaissances évaluées. Une troisième hypothèse se centre sur la nature de l'exactitude de l'auto-évaluation mesurée, afin expliquer l'absence d'effet des outils d'aide à l'auto-évaluation testés. Finalement, le rôle des variables motivationnelles dans l'exactitude de l'auto-évaluation sera abordé comme une piste de travail pertinente. / Self-monitoring is a key metacognitive process in self-regulated learning. Decades of research, however, showed that learners are inaccurate in evaluating their own performance which led researchers to focus on understanding the self-monitoring process to ultimately improve self-monitoring accuracy. Most work on the topic was conducted in low ecological contexts and implied only easy (e.g., associative learning) or classical (i.e. comprehension of linear texts) learning tasks. The present thesis offers three studies that focused on self-monitoring in ecological contexts. These studies explored the efficiency of several self-monitoring tools on a learning task integrated in participant's school formation setting and took into account task and learner characteristics. The first study used several self-monitoring help tools jointly (prompts aimed to make the learner aware of the strategies is used and their relevance, and self-explanations) in order to improve self-monitoring accuracy about declarative and procedural knowledge. The second study explored concept maps as a self-monitoring tool and tested their effect on learning in different conditions. The experimental manipulations were presentation mode (construction vs. consultation), moment of presentation (simultaneously to learning vs. delayed) and learners' expertise level (experts vs. novices). Finally, the third study assessed whether a long training to concept maps use was efficient enough to make this tool a relevant one to improve self-monitoring accuracy and learning. Results of the three studies did not confirm our hypothesis about self-monitoring tools efficiency on self-monitoring accuracy in a subsequent task. Results, however, showed that participants were more accurate when they evaluated declarative knowledge than procedural knowledge (Study 1). They also replicate, in a more ecological task, the positive effect of prior knowledge level about the target learning content on self-monitoring accuracy traditionally highlighted in the literature relying on laboratory learning task (Study 2). Finally, the training duration to use concept maps did not affect concept map efficiency (Study 3). Discussion of the present findings is centered on four main points. A first point discusses the suitability of self-monitoring tools as a function of learners' level of expertise. A second line of discussion deals with the adequacy between self-monitoring tools and the nature of knowledge which is evaluated. A third hypothesis regards the nature of self-monitoring accuracy which was measured, in order to explain the absence of effect of the self-monitoring tools we tested. Finally, the role of motivational variables surrounding self-monitoring accuracy is discussed as a compelling avenue.