La simulation de conduite est fortement utilisée dans la recherche et le développement pour l'industrie automobile. Les simulateurs de conduite sont utilisés pour évaluer les prototypes véhicules pour la dynamique du véhicule et les systèmes d'aide à la conduite. Cependant, l'utilisation des simulateurs de conduite induit une problématique scientifique qui peut limiter son développement. En raison de son principe même, le simulateur de conduite ne restitue pas des mouvements du véhicule à l'échelle 1. Ce verrou cause des phénomènes de mal du simulateur qu'il est important d'étudier.Cette thèse propose d'étudier des méthodes et outils à mettre en œuvre dans les simulateurs de conduite statique ou dynamique. De cette mise en œuvre, des études sur le mal du simulateur sont menées grâce à des mesures objectives (via un capteur de suivi de mouvement, plate-forme de stabilité du corps, électromyographie) et subjectives (par l'intermédiaire de questionnaires). Des solutions algorithmiques et matérielles sont proposées et évaluées dans le contexte de la simulation de conduite.Les approches proposées dans cette thèse pour réduire le mal du simulateur sont:- Elaborer et évaluer les algorithmes de contrôle de la plate-forme mobile hexapode: sept algorithmes différents sont mis en œuvre.- Mesurer les effets liés au mal de simulateur sur les sujets aux niveaux vestibulaire, neuromusculaire et posturale.- Evaluer l'influence de l'implication des sujets sur le mal de simulateur (conducteurs et passagers).

L'objectif de cette thèse est d'étudier le comportement de traversée d'intersection en conduite automobile sous l'angle des actions visuellement guidées. Dans l'introduction, nous montrons que les principales études portant sur la traversée d'intersection se sont focalisées sur les processus de jugement perceptif ; or nous montrons que la compréhension de cette activité pourrait être affinée en utilisant les concepts de la théorie de la perception directe et ceux issus du contrôle continu. Notre revue de questions nous conduit à rapprocher la tâche de traversée d'intersection à l'intérieur d'un créneau libre du trafic à celle d'interception de cible se déplaçant horizontalement. Or, dans le cadre des tâches d'interception, il a été démontré que la stratégie d'angle de relèvement constant (i.e., Constant Bearing Angle, CBA) a un fort pouvoir explicatif vis-à-vis des données expérimentales. Nous avons donc tiré partie des outils de simulation automobile pour tester la plausibilité de l'utilisation d'une telle stratégie par les conducteurs. Dans le premier chapitre expérimental, nous montrons qu'il est légitime d'étudier le couplage perception-action dans ce type de tâche et que les conducteurs adoptent des régulations comportementales proches de celles observées dans une tâche d'interception de mobile. Le second chapitre expérimental nous permet de mettre en évidence l'utilisation conjointe par les conducteurs d'informations relatives au créneau du trafic (supports globaux) et aux véhicules (supports locaux). / This Ph.D. project aims at studying drivers' road crossing behaviour under the perspective of visually guided actions. In the introduction, we present that former studies related to road crossing behaviour mainly focused on perceptual judgement processes. However, we demonstrate that this kind of task would be better understood with theories from the ecological approach of perception and motor control studies. Our literature review lead us to make a bridge between the task of crossing a road inside a free moving traffic gap and the task of intercepting an horizontally moving target. In this regard, it has been demonstrated that the Constant Bearing Angle strategy (CBA) has a high explanatory power in respect to experimental data. We used driving simulation tools in order to assess the hypothesis of the use of bearing angle based strategy by drivers. In the first experimental chapter, we show that studying perceptual-motor coupling in this task is relevant and that observed behaviour is close to taht observed in horizontally moving target interception tasks. The second experimental chapter demonstrates that drivers' behaviour relies both on visual information related to the moving gap (global contribution) and that related to the independent vehicles (local contributions). In the last experimental chapter, we evidenced that drivers' behaviour does not exclusively rely on the changes of the bearing angle but also on traffic vehicles' optical expansion. We conclude on how our results shed new light on former results obtained with perceptual-judgements based methodology.

La simulation de conduite est fortement utilisée dans la recherche et le développement pour l'industrie automobile. Les simulateurs de conduite sont utilisés pour évaluer les prototypes véhicules pour la dynamique du véhicule et les systèmes d'aide à la conduite. Cependant, l'utilisation des simulateurs de conduite induit une problématique scientifique qui peut limiter son développement. En raison de son principe même, le simulateur de conduite ne restitue pas des mouvements du véhicule à l'échelle 1. Ce verrou cause des phénomènes de mal du simulateur qu'il est important d'étudier.Cette thèse propose d'étudier des méthodes et outils à mettre en œuvre dans les simulateurs de conduite statique ou dynamique. De cette mise en œuvre, des études sur le mal du simulateur sont menées grâce à des mesures objectives (via un capteur de suivi de mouvement, plate-forme de stabilité du corps, électromyographie) et subjectives (par l'intermédiaire de questionnaires). Des solutions algorithmiques et matérielles sont proposées et évaluées dans le contexte de la simulation de conduite.Les approches proposées dans cette thèse pour réduire le mal du simulateur sont:- Elaborer et évaluer les algorithmes de contrôle de la plate-forme mobile hexapode: sept algorithmes différents sont mis en œuvre.- Mesurer les effets liés au mal de simulateur sur les sujets aux niveaux vestibulaire, neuromusculaire et posturale.- Evaluer l'influence de l'implication des sujets sur le mal de simulateur (conducteurs et passagers). / Simulation has been intensively involved nowadays in research and development for automotive industry. Driving simulators are one of those simulation techniques which are used to evaluate the prototypes for the vehicle dynamics and driving assistance systems. However with the driving simulator, there is a lock associated with its use. Because representing a permanent scenario as scale 1 is quite difficult. Because of that difficulty, motion/simulator sickness is an inevitably important topic to study.This thesis proposes to explore methods and tools to implement in static or dynamic simulators. In this implementation, studies of simulator sickness are conducted with objective measures (via a motion tracking sensor, platform for body stability, electromyography) and subjective (through questionnaires). These algorithmic or hardware solutions studies should be defined and applied at simulators. The proposed approaches to reduce or avoid simulator sickness in this thesis are:- Building control algorithms of motion hexapod platform: seven different algorithms are implemented.- Measuring the effects of inertia on subjects at vestibular, neuromuscular and postural levels.- Assessing the involvement of subjects (drivers and passengers).

La consommation de cannabis et la conduite sous l’influence du cannabis sont des préoccupations grandissantes dans la société d’aujourd’hui. Le but de la présente étude est d’examiner plus en profondeur la relation entre la fréquence de consommation de cannabis chez les jeunes adultes et la prise de risque sur la route. Les participants (n=48) sont tous des hommes âgés de 18 à 26 ans. Ils ont complété une batterie de questionnaires ainsi qu’une tâche sur simulateur de conduite. Les résultats indiquent que la fréquence de consommation de cannabis est associée positivement avec la prise de risque auto rapportée et suggèrent une tendance positive avec les comportements risqués observés lors de la simulation de conduite en laboratoire. Lorsque les différents groupes de consommateurs sont comparés, ceux qui font un usage quotidien ou multihebdomadaire de cannabis semblent prendre plus de risques au volant que ceux qui consomment une fois semaine et moins ou encore une fois par mois et moins. De plus, il semble que plus les individus consomment fréquemment de la marijuana, plus ils ont tendance à adopter des attitudes permissives en lien avec la conduite sous l’influence de cannabis. Les implications quant à l’intervention sont discutées. / Cannabis use and driving under the influence of cannabis have become a growing concern in today’s society. The aim of the present study was to further examine the relationship between the use frequency of cannabis among young adults and on-road risk taking. Participants (n=48) were all men aged between 18 and 26 years old who were asked to complete questionnaires and to perform in a simulation task. Results indicate that the use frequency of cannabis is positively associated with self-report of risky driving and suggest a trend with observed risk taking behaviour during the simulation. When comparing the different cannabis users, participants who consumed daily or multiple times a week seem to take more risk on the road than those who use cannabis once a week or less and less than monthly. Moreover, it seems that marijuana users who consume more frequently have a tendency of adopting more permissive attitudes toward smoking cannabis and taking the wheel. Implications for interventions are discussed.

Les fauteuils roulants électriques (FRE) ont permis à nombre de personnes handicapés moteurs de retrouver une mobilité satisfaisante, ce qui a amélioré leur qualité de vie, un vaste champ d’activités leur étant devenu accessible. Lors de la prescription d’un FRE ou d’une phase d’apprentissage à la conduite il est cependant nécessaire d’évaluer les capacités de ces personnes à piloter un fauteuil. Dans ce contexte, notre objectif consiste à déterminer des paramètres pertinents permettant de décrire la qualité de la conduite d’un FRE pour des personnes ayant des déficiences motrices sévères. Tout d’abord, nous avons modélisé le système pilote-FRE par le modèle OPCM (Optimal Preview Control Model) de Sharp. Ce modèle est basé sur la distance anticipée (Dp) par l’utilisateur durant sa conduite du FRE. Cette distance a été estimée grâce à un système de suivi du regard combiné avec le simulateur 3D ViEW du laboratoire LCOMS. Un panel de 15 sujets valides a été recruté pour faire des tests de conduite sur simulateur et valider la modélisation OPCM. La distance Dp a permis de décrire le comportement du pilote. Ensuite, une analyse de la distance anticipée Dp en fonction de différentes zones du parcours (slalom serré, virage, slalom large), a montré que ce paramètre peut être utilisé pour différencier les différents comportements de conduite liées aux différentes situations du parcours. Ensuite nous avons comparé cette distance anticipée entre deux groupes, familiarisés et novices vis-à-vis de la conduite en FRE. L’analyse a montré que le groupe familiarisé présente une distance Dp plus importante que le groupe novice. Enfin, une dernière expérience a eu lieu au Centre de Réadaptation de Flavigny sur Moselle (54, France). Nous avons estimé la distance anticipée (Dp) pour des sujets à déficiences motrices sévères, afin de valider le paramètre Dp comme indicateur de performance. Une étude de cas a été établie portant sur 5 enfants en situation de handicap, en comparant leurs résultats à ceux obtenus précédemment sur un panel de personnes valides / The Powered wheelchairs (PW) allowed many people with motor disabilities to find a suitable mobility, which improved their quality of life. Hence, a vast field of activities has become accessible for them. When prescribing a PW or in a learning phase, however, it is necessary to evaluate the ability of these people to drive a wheelchair. In this context, our goal is to determine relevant parameters to describe the quality of driving on PW for people with disabilities. First, we modeled the pilot-PW system using the OPCM (Optimal Preview Control Model) model proposed by Sharp. This model is based on the preview distance (Dp) of the user during his driving. This distance has been estimated thanks to an eye-tracking system combined with the ViEW 3D simulator of the LCOMS laboratory. A panel of 15 healthy subjects was recruited to drive the PW on a 3D simulator and to validate the OPCM modeling. This distance Dp allows to describe the behavior of the pilot. If this distance is important, it guarantees the tracking trajectory of the OPCM model. Otherwise, the OPCM model diverges. This shows that if the user looks a long part of his future path, he will better anticipate the future control applied to the PW (change of direction, braking, etc.), which allows him to follow his path. In this situation the user has a tracking behavior. In the otherwise, the user’s behavior is rather compensatory. Then, an analysis of preview distance Dp with respect to the different zones of the path (tight slalom, turn, wide slalom), showed that the parameter Dp can be used to differentiate the different driving behaviors related to the different situations of the path. Next, we compared the preview distance between two groups, familiar and novice with regard to the PW driving. The analysis showed that the familiar group has a greater distance value than the novice group. Finally, a last experiment took place at the Rehabilitation Center of Flavigny sur Moselle (54, France). We estimated the preview distance (Dp) for subjects with severe motor impairment, in order to validate the parameter Dp as a performance indicator. A case study analysis was established on five children with disabilities comparing their results with those previously obtained with the healthy subjects

L’objectif de ce travail de recherche consistait à utiliser la réalité virtuelle (simulateur de conduite) afin d'améliorer les capacités attentionnelles de personnes présentant une baisse d’efficience de ces aptitudes (en lien avec l’âge ou la survenue d’un traumatisme crânien) pouvant se répercuter sur la conduite automobile. En référence au modèle de l’attention de Van Zomeren et Brouwer (1994), quatre processus attentionnels (alerte phasique, vigilance, attention sélective et attention divisée) ont été entraînés sur simulateur de conduite lors d’un programme comprenant 9 sessions d’une heure. Un groupe contrôle a effectué un training plus conventionnel sur ordinateur. Les performances des participants (10 patients traumatisés crâniens et 16 personnes âgées de plus de 65 ans) ont été évaluées avant et après le training à partir de trois mesures : une évaluation neuropsychologique, une évaluation sur simulateur de conduite et une évaluation sur route réelle. Le bénéfice de l’entraînement sur les performances aux tests neuropsychologiques s’est avéré limité pour les deux groupes. Concernant l’évaluation sur simulateur, les résultats ont révélé une amélioration des performances plus importante pour les participants entraînés sur simulateur. En revanche, les participants ayant bénéficié du training sur ordinateur ont davantage progressé que ceux entraînés sur simulateur lors de l’évaluation sur route réelle. Les résultats ont été discutés en termes d’approche rééducative et d’automatisation des processus attentionnels. Ce travail permet de conclure quant à la nécessité de poursuivre et d’approfondir les recherches sur la réalité virtuelle et le transfert de l’apprentissage en situation de vie quotidienne / The aim of this research was to investigate the role of the virtual reality in the improvement of attentional processes and driving competence. A driving simulator was used in order to train people with attentional impairments, like Traumatic Brain Injury (TBI) patients or elderly people. The theoretical frame suggested by Van Zomeren and Brouwer (1994) was used in order to train four attentional processes (phasic alert, vigilance, selective attention and divided attention). Ten TBI patients and 16 elderly people entered a 3-week 9-hour training program in which they were randomly allocated to either an experimental (simulator-based training) or control (computer-based training) group. Performance in off-road evaluations (neuropsychological and driving simulator tests) and on-road test were used to assess the driving ability of subjects pre- and post-training. Both groups improved in many neuropsychological evaluations. Significant improvements in driving simulator test were found in favor of the experimental group. However, improvements were greater for the control group regarding the on-road test. Results were discussed in terms of rehabilitation approach and automatic vs control processing theory. This study offers future research possibilities concerning the improvement of knowledge on virtual reality and learning transfer in daily activities

L’objectif de cette thèse était d’étudier les fonctions exécutives dans la maladie de Parkinson et leurs implications dans la conduite automobile. Nous avons mesuré séparément les fonctions de flexibilité mentale et de mise à jour par des tests neuropsychologiques et des tâches sur simulateur de conduite. Nous avons fait l’hypothèse que ces fonctions étaient plus altérées chez les patients et que leurs déficits influençaient la performance de conduite. Trois études ont été réalisées : les deux premières sur simulateur et la dernière sur route avec un véhicule instrumenté. Les résultats de la première étude ont montré un déficit de la fonction de mise à jour chez les patients par rapport aux contrôles. La deuxième étude consistait à tester une seconde fois les conducteurs deux ans après la première étude. En deux ans, la fonction de flexibilité s’est dégradée chez les patients, suggérant que les deux fonctions étudiées ont évolué différemment : la mise à jour étant atteinte plus précocement dans la maladie. Les patients déclaraient également avoir restreint leur conduite. Les résultats de la troisième étude sur route ont permis d’identifier les conducteurs parkinsoniens à « risque » d'être dangereux, i.e. ceux ayant le plus de difficultés en conduite (évaluation conjointe de l’expérimentateur et du moniteur d’auto-école). Les conducteurs à « risque » avaient des performances plus faibles aux tests de mise à jour et de flexiblité par rapport aux conducteurs parkinsoniens sécuritaires. L’ensemble de ces travaux mettent en évidence le rôle essentiel de la mise à jour et de la flexibilité mentale dans la conduite automobile chez des personnes atteintes de la maladie de Parkinson. / The objective of this thesis was to investigate executive functions in Parkinson’s disease and their implications on driving. We have chosen to separately assess mental flexibility and updating information in working memory by neuropsychological tests and driving simulator tasks. We tested the hypothesis that these two executive functions were impaired in patients and that their deficits influenced the driving performance. Three studies were realised: the first two used the driving simulator and the last was performed on-road with an instrumented vehicle. Results of the first study have shown an updating impairment in patients compared to controls. The second study consisted of assessing the drivers a second time two years after the first study. In two years, the flexibility function declined in patients, suggesting that the two selected functions did not change in a similar way: updating is affected earlier in the disease than mental flexibility. Also, patients declared to have restricted their driving. Results of the third on-road study allowed us to identify “at-risk” drivers with Parkinson’s disease, that is to say those having the most driving difficulties (assessment from both experimenter and a driving instructor). At-risk drivers had poorer performances in updating and flexibility tasks compared to “safe” drivers. All of these studies emphasised the essential role of updating and mental flexibility in driving in people with Parkinson’s disease.

La consommation de cannabis et la conduite sous l’influence du cannabis sont des préoccupations grandissantes dans la société d’aujourd’hui. Le but de la présente étude est d’examiner plus en profondeur la relation entre la fréquence de consommation de cannabis chez les jeunes adultes et la prise de risque sur la route. Les participants (n=48) sont tous des hommes âgés de 18 à 26 ans. Ils ont complété une batterie de questionnaires ainsi qu’une tâche sur simulateur de conduite. Les résultats indiquent que la fréquence de consommation de cannabis est associée positivement avec la prise de risque auto rapportée et suggèrent une tendance positive avec les comportements risqués observés lors de la simulation de conduite en laboratoire. Lorsque les différents groupes de consommateurs sont comparés, ceux qui font un usage quotidien ou multihebdomadaire de cannabis semblent prendre plus de risques au volant que ceux qui consomment une fois semaine et moins ou encore une fois par mois et moins. De plus, il semble que plus les individus consomment fréquemment de la marijuana, plus ils ont tendance à adopter des attitudes permissives en lien avec la conduite sous l’influence de cannabis. Les implications quant à l’intervention sont discutées. / Cannabis use and driving under the influence of cannabis have become a growing concern in today’s society. The aim of the present study was to further examine the relationship between the use frequency of cannabis among young adults and on-road risk taking. Participants (n=48) were all men aged between 18 and 26 years old who were asked to complete questionnaires and to perform in a simulation task. Results indicate that the use frequency of cannabis is positively associated with self-report of risky driving and suggest a trend with observed risk taking behaviour during the simulation. When comparing the different cannabis users, participants who consumed daily or multiple times a week seem to take more risk on the road than those who use cannabis once a week or less and less than monthly. Moreover, it seems that marijuana users who consume more frequently have a tendency of adopting more permissive attitudes toward smoking cannabis and taking the wheel. Implications for interventions are discussed.

L’objectif principal de ce travail de thèse était d’étudier les mécanismes perceptivomoteurs qui sous-tendent la réalisation d’une tâche d’approche et de traversée d’intersection en conduite automobile. Dans la première partie de ce manuscrit les enjeux humains, économiques et sociétaux liés à la réussite d’une telle tâche sont évoqués. Les principaux résultats obtenus dans les études ayant porté sur l’identification des risques associés à la réalisation de ce type de manœuvre sont présentés. La plupart des travaux réalisés s’étant focalisés sur les processus de haut niveau (e.g., jugement d’un temps d’arrivée), nous avons souhaité durant cette thèse centrer notre attention sur les processus de bas-niveau mis en œuvre. Ce travail de thèse est adossé à l’approche Ecologique de la Perception et de l’Action qui nous a semblé proposer un cadre théorique pertinent pour étudier cette tâche complexe. La deuxième partie est consacrée aux expériences réalisées au cours de ce travail de thèse. Pour réaliser nos trois expériences, un simulateur de conduite à base fixe a été utilisé. Ce travail a permis (i) d’acquérir une meilleure compréhension du support perceptif impliqué dans la réalisation d’une tâche de traversée d’intersection et (ii) d’identifier différents marqueurs du couplage information-mouvement. Les résultats ont révélé que le support perceptif utilisé pour réaliser une tâche perceptive n’était pas le même que celui utilisé pour réaliser une tâche perceptivo-motrice. Les résultats ont également permis d’étayer la thèse selon laquelle le contrôle de la tâche d’approche et de traversée d’intersection reposerait sur un couplage information-mouvement. / This Ph.D. project aims at studying the perceptual-motor mechanisms implicated in intersection crossing task. The first part of this manuscript explains the human, economic and societal challenges associated with the successfully complete the intersection crossing task. The main results of the former studies that have examined the identification of risks associated with this type of maneuver at an intersection are developed. These former studies mainly focused on high-level processes (e.g., discrete judgment or decision tasks), we have decided to focus our attention on low-level processes (e.g., visual guidance) during this Ph.D. project. For this to happen, the Ecological Approach to Perception and Action seems to be a relevant theoretical framework for studying this complex task. Indeed, it preserves the natural link between information and movement. The second part of this manuscript is devoted to the experiments completed during this research. In order to carry out our three experiments, virtual reality fixed-base driving simulator was used. This work contributes to better understand the perceptual substrate involved in intersection crossing task. Also, this work identifies different markers of control based on information-movement coupling. Firstly, our results revealed that the perceptual substrate underlying judgments of arrival time of a vehicle moving towards an intersection is distinct from the perceptual substrate underlying the active control of one’s own approach to the same intersection. Secondly, the results have also strengthened the assumption that the control of approach and intersection crossing task is based on information-movement coupling.

Les constructeurs automobiles sont tenus de respecter des minima sécuritaires vérifiés lors de crash-tests normalisés, d'où un nombre de scénarios de tests limité ne tenant pas compte des particularités individuelles. Ce mémoire propose d'évaluer le comportement humain réel en phase de pré-crash sur simulateur de conduite. L'expérimentation, intégrant un scénario d'accident difficilement évitable, a permis d'étudier le comportement de 76 conducteurs dont 40 sur simulateur dynamique. Pour ce groupe, 43 voies de mesures centrées sur le conducteur ont été intégrées au protocole. Parmi les résultats obtenus, on retiendra la possible détection précoce de l'accident, pour la moitié des conducteurs, sur la base de leur interaction avec le véhicule. Les manœuvres d’évitement amènent 25% des sujets à positionner l'avant-bras devant le volant au moment de l’impact. Cette situation peut compromettre l'efficacité des airbags, ce qui est vérifié sur banc statique, par le déploiement d'airbags face à un mannequin de type Hybrid III-50%. La projection du bras entraine un impact de 120g à la tête. De plus, l'intégration de membres supérieurs issus de SHPM montre que la situation provoque des fractures de l'avant-bras. Un modèle numérique a été conçu pour estimer les effets de la position atypique lors d'un crash frontal à 50km/h. L'accélération de la tête atteint 270g, synonyme de risques lésionnels élevés. Enfin, une modification technologique des airbags est proposée, basée sur l'hypothèse que la détection à distance peut permettre un déclenchement anticipé et plus lent des airbags. Testée expérimentalement et numériquement, cette évolution permet de respecter les critères lésionnels. / Automakers are lawfully required to achieve a minimum level of security which is checked during standardized crash tests. This results in a limited number of scenarios, which do not take individual specificities into account. This dissertation evaluates real human behaviour during the pre-crash phase, by means of a driving simulator. The experiment, integrating an unavoidable accident, studied the behaviour of 76 drivers, of which 40 drivers on a dynamic simulator. Concerning this group, 43 acquisition channels dedicated to drivers were added. From the results, one can retain that the crash can be predicted for half of the drivers through the observation of their behaviour and their interaction with the car. Due to swerving manoeuvres, 25% of the drivers have their forearm just in front of the steering wheel at the time of crash. This situation may compromise the efficiency of the airbags, that is verified experimentally on a static bench, by the deployment of airbags in front of a Hybrid III-50% dummy. The throwing of the arm causes an impact of 120 g to the head. In a second stage, the integration of left upper limbs from PMHS reveals that the situation is likely to generate fractures in the forearm. A numerical model has been designed to estimate the consequences of the atypical position during a frontal crash at 50km/h. The head acceleration reaches 270 g, synonymous with high lesion risks. Finally, a technological modification of the airbags is proposed to reduce this risk. The assumption is made that the use of remote sensors technologies can allow an early detection of the crash and therefore slower triggering of airbags. Tested experimentally and then numerically, this technical evolution reduces the violence of the impact to respect the injury criteria.