Cette thèse s’intéresse à la manière d’optimiser l’apprentissage du pilotage par l’amélioration de l’éducation du comportement oculaire. Dans divers domaines (e.g., médical, aéronautique), différentes méthodes d’éducation du comportement oculaire ont démontré leur efficacité quant à leur capacité à optimiser le temps d’apprentissage d’une tâche. Toutefois, dans le domaine du pilotage, cela n’a reçu que très peu de validation empirique (Ziv, 2016) notamment à cause de difficultés de mise en œuvre technique et méthodologique inhérentes à la nature dynamique et complexe de l’activité de pilotage (Eyrolle et al., 1996). Dans le but d’éduquer le comportement oculaire des élèves-pilotes, nous avons tout d’abord modélisé les caractéristiques du comportement oculaire à adopter. Puis nous avons conçu, développé et validé expérimentalement un outil spécifique, le PilotGazeTrainer, permettant de mettre en œuvre une nouvelle méthode originale d’éducation du comportement oculaire basée sur deux principes essentiels : l’analyse permanente du regard du participant, et l’affichage en temps-réel de feedbacks visuels ou sonores. Afin d’évaluer cette nouvelle méthode, nous avons réalisé plusieurs expérimentations sur un simulateur de vol et sur un micromonde développé pour l’occasion (l’AbstractFlyingTask). Les premiers résultats montrent que notre méthode permet, en très peu de temps, une modification durable du comportement oculaire bénéfique pour les personnes concernées. Ces résultats comportementaux ont également révélé le potentiel des outils développés – le micromonde AbstractFlyingTask et le PilotGazeTrainer – pour éduquer le comportement oculaire. / This thesis focuses on how to optimize the learning of piloting by improving the ocular behavior educationIn several fields (e.g., medical, aeronautics), various methods of ocular behavior educating have demonstrated their effectiveness in their ability to optimize the learning of a task. However, the education of ocular behavior has received few empirical validations in the field of piloting training (Ziv, 2016) especially because of difficulties in the technical and methodological implementation (e.g., real-time analysis of the gaze location) inherent in the dynamic and complex nature of the piloting situation (Eyrolle, Mariné & Mailles, 1996). In order to educate the ocular behavior of the pilot students, we first modeled the characteristics of the ocular behavior to be adopted. Then we designed, developed and validated experimentally a first specific tool, the PilotGazeTrainer (a software), which allows the implementation of a new and original method of ocular behavior education based on two essential principles: the permanent analysis of the participant's ocular behavior, and the production in real-time of visual or sound feedbacks. In order to evaluate this new method, we conducted several experiments on a flight simulator and on a microworld developed for the purposes of this evaluation (the AbstractFlyingTask). The first results show that our method allows a lasting modification of the ocular behavior in a very short intervention time. These behavioral results also revealed the potential of the developed tools - the AbstractFlyingTask microworld and the PilotGazeTrainer - to educate ocular behavior.

Le Vagabondage de la Pensée (VP) est un état d’inattention particulier que chacun expérience au quotidien et qui consiste,pour un individu en un changement de l’orientation de son attention vers des pensées personnelles. Dans le cas de la conduiteautomobile, le VP a de nombreux effets négatifs générant un risque accru d’être impliqué et responsable d’un accident.L’objectif de cette thèse était d’abord de mieux décrire l’impact du VP sur les variables physiologiques et comportementales duconducteur afin de dresser une liste des indicateurs sensibles à cet état. Le VP en agissant comme une tâche additionnelle à laconduite, consommerait une partie des ressources cognitives du conducteur. Il convenait donc de rechercher, par une approcheexpérimentale, un indicateur de l’effort cognitif en conduite automobile. Comme la multiplicité des pensées et de leurscaractéristiques pourraient créer différents niveaux de risque pour le conducteur, il apparaissait pertinent d’étudier l’impact de ces différentes formes d’inattention sur la conduite.Les résultats des différents travaux menés montrent que la variation du rythme cardiaque est sensible à l’effort cognitif enconduite simulée. Une solution possible pour améliorer cet indicateur en vue d’atteindre une détection temps réel de l’effortcognitif, a été proposée à un concours international : le Valeo Innovation Challenge de 2016. Un second indicateur a étéidentifié : le regard du conducteur lorsque celui-ci est en VP est plus fixe que lors d’épisodes d’attention vers la conduite. Enfin,l’analyse des mesures électroencéphalographiques a révélé que le VP diminue l’attention allouée aux différentes étapes (sensorielle et cognitive) du traitement de l’information visuelle en conduite simulée. Ainsi, l’effet de différents types de pensée sur le comportement oculaire, le traitement de l’information visuelle et sur l’indicateur d’effort mis en évidence a renseigné le degré d’interférence de différents types de pensée sur l’activité de conduite.Les résultats de cette thèse montrent qu’il semble prometteur d’aller encore plus loin dans la recherche d’indicateurs sensiblesau vagabondage et possiblement aux autres états internes du conducteur pour pallier leurs effets négatifs sur l’activité deconduite. La mise en commun par une technique de fusion de données, des indicateurs sensibles au VP pourrait permettre, dans le futur, de créer des algorithmes à même de superviser le conducteur. L’automatisation progressive des véhicules couplée à une surveillance intelligente des conducteurs pourrait permettre de limiter le risque d’accident et les coûts humains, sociétaux et économiques qui leur sont imputables. / Mind-Wandering (MW) is a particular state of inattention that everyone experience in daily tasks. It involves a change of anindividual attentional focus, from the main activity to personal thoughts. During driving, MW has many negative effectsenhancing the risk of being involved and responsible for a car accident.The objective of this thesis was to better describe the impact of MW on drivers’ physiological and behavioral variables to drawup a list of sensitive indicators to this state. MW, acting as an additional task to driving, would consume some of driver'scognitive resources. It was therefore necessary to search, by an experimental approach, an indicator of cognitive effort in driving.As the multiplicity of thoughts and their characteristics could create different levels of risk for the driver, it seemed relevant tostudy the impact of these different forms of inattention on driving.Results of various work conducted, show that heart rate change is sensitive to cognitive effort during simulated driving. A possible solution to improve this indicator and try to achieve a real-time detection of cognitive effort has been proposed to an international competition: the 2016 Valeo Innovation Challenge. Another indicator has been identified: driver's eyes appeared to be more staring during MW than during episodes of attention dedicated to driving. Lastly, analysis of electroencephalographicmeasurements revealed that MW decreases attention allocated to the different stages (sensory and cognitive) of visual information processing during simulated driving. Thus, the effect of different types of thoughts on ocular behavior, visual information processing, and on the cognitive effort indicator previously highlighted, informed about the degree of interference of different types of thoughts on the driving activity.The results of this thesis show that it seems promising to go even further in the search for indicators sensitive to MW and possibly other internal states to mitigate their negative effects on the driving activity. Gathering MW sensitive indicators, using atechnique of data fusion, could allow, in the future, the possibility to create algorithms able to supervise the driver. The gradualautomation of vehicles coupled with intelligent monitoring of drivers could limit the risk of accidents and human, societal andeconomic costs that are attributable to them.

Le présent travail de thèse s’inscrit dans le domaine de recherche sur la perception audio-visuelle (AV) de la parole. Son objectif est de répondre aux questions suivantes : (i) Quelle est la nature du traitement de l’input visuel (holistique vs analytique) dans la perception AV de la parole ? (ii) Quelle est l’implication des régions faciales extra-buccales dans la perception AV de la parole ? (iii) Quel est le comportement oculaire des sujets lors de la perception AV de la parole ? (iv) Quelle est l’évolution de la perception AV de la parole dans les aspects (i), (ii) et (iii) au cours du développement. Le paradigme de dégradation de l’information auditive par le bruit a été utilisé dans deux expériences qui ont été menées avec des participants de quatre groupes d’âge, enfants, préadolescents, adolescents, adultes (16 participants par groupe). La tâche des participants consistait à répéter les syllabes de type consonne-voyelle /a/, faiblement et fortement dégradées par le bruit rose, présentées dans quatre conditions différentes. Ces conditions étaient les suivantes : une auditive (AU) et trois audio-visuelles (AV) (AV visage (AVV)), AV « bouche extraction » (AVB-E) (format bouche sans contrastes lumineux), AV « bouche-masquage » (AVB-M) (format bouche avec contrastes lumineux) pour l’expérience 1, et AVV, AV « bouche active » (AVV-BA) (format « visage » avec un contexte facial statique), AV « régions extra-buccales actives » (AVV-EBA) (format « visage » sans bouche) pour l’expérience 2. Le nombre total des répétitions correctes par condition (performance totale), la différence dans ce score entre chaque condition AV et la condition auditive (gain AV) et la durée totale des fixations oculaires dans la région buccale et les autres régions faciales (pour les formats AVV) ont été analysés. Les principaux résultats montrent que les mécanismes de traitement AV de la parole atteignent leur maturité avant l’enfance tardive. La vision du visage entier de l’orateur n’est pas avantageuse pour ce type de traitement. Elle semble même désavantageuse pour les adultes possiblement car elle déclenche le traitement d’autres aspects du visage (identité, expressions faciales) qui pourrait interférer avec le traitement des indices acoustiques relatifs à la parole. Pour les quatre groupes d’âge, la contribution des mouvements articulatoires dans les régions extra-buccales à la perception AV de la parole s’est avérée faible et limitée aux conditions de haute incertitude quant à l’information auditive. Pour les stimuli respectant les caractéristiques écologiques de l’information faciale, les patterns du comportement oculaire dans la perception bimodale de la parole varient en fonction du degré de dégradation de l’information auditive, mais semblent relativement stables durant la période allant de l’enfance à l’âge adulte. Finalement, les modalités de présentation de l’information visuelle localisée à la bouche ont affecté le comportement oculaire chez les adultes, les pré-adolescents et les enfants. Ceci suggère que le traitement visuo-attentionnel dans le cadre de la perception AV de la parle est sensible aux caractéristiques de bas niveau des stimuli visuels chez ces populations. Les variations au niveau du traitement visuo-attentionnel s’accompagnent, dans une certaine mesure, de variations dans la perception AV de la parole. / The present thesis work fits into the domain/is incorporated within the framework of research on audio-visual (AV) speech perception. Its objective is to answer the following questions: (i) What is the nature of visual input processing (holistic vs analytic) in AV speech perception? (ii) What is the implication of extra-oral facial movement in AV speech perception? (iii) What are the oculomotor patterns in AV speech perception? (iv) What are the developmental changes in the above-mentioned aspects (i), (ii) and (iii)? The classic noise degradation paradigm was applied in two experiments conducted in the framework of the present thesis. Each experiment were conducted on participants of 4 age groups, adults, adolescents, pre-adolescents and children. Each group consisted of 16 participants. Participants’ task was to repeat consonant-vowel (/a/) syllables. The syllables were both mildly and strongly degraded by pink noise and were presented in four audio(-visual) conditions, one purely auditory (AO) and three audio-visual conditions. The AV conditions were the following: (i) AV face (AVF), (ii) AV « mouth extraction » (AVM-E ; mouth format without visual contrasts), (iii) AV « mouth window » (AVM-W ; mouth format with high visual contrasts) in experiment 1, and (i) AVF, (ii) AVF « mouth active (and facial frame static) » (AVF-MA), (iii) AVF « extra-oral regions active (and mouth absent) » (AVF-EOA) in experiment 2. The data relative to (i) the total number of correct repetitions (total performance), (ii) the difference in the correct repetitions score between each AV and the AO condition (AV gain), and (iii) the total fixations duration in the oral area and other facial areas (for the AV formats) were analyzed. The main results showed that the mechanisms involved in AV speech perception reach their maturity before late childhood. The vision of the talker’s full face does not seem to be advantageous in this context. It seems that the vision of the talker’s full face might perturb AV speech processing in adults, possibly because it triggers processing of other types of information (identity, facial expressions) which could in terms interfere with the processing of acoustic aspects of speech. The contribution of the extra-oral articulatory movement to AV speech perception was poor and limited to the condition of highly degraded auditory information. For ecologically presented facial information, the oculomotor patterns in AV speech perception varied as a function of the level of auditory information degradation, but appeared rather stable across the 4 groups. Finally, the modalities of the featural (mouth) facial information presentation affected the oculomotor behavior patterns in adults, pre-adolescents and children, thus suggesting a certain sensitivity of visuo-attentional processing to low-level visual stimuli characteristics in AV speech perception. The variations in visuo-attentional processing seemed to be associated to a certain extent with variations in AV speech perception.