L’objectif de cet article est de faire le point sur ce domaine, de montrer et de discuter quelques-unes des coopérations possibles entre l’ergonomie et la recherche sur ces technologies. Il existe actuellement peu de revues [1] et de conférences spécialisées [2], et celles-ci publient peu d’études empiriques. Le cas échéant, il s’agit d’études souvent peu informatives pour l’ergonomie, du fait de la problématique traitée, voire de la méthodologie mise en œuvre, avec une forte propension à la description de solutions techniques. En ergonomie, les études et connaissances pertinentes sont dispersées à travers de nombreux supports de publication ; elles sont souvent difficiles à identifier du fait de la nouveauté relative des technologies de la réalité virtuelle, de certains concepts associés (par exemple l’immersion), et du faible recul sur les usages réels ; de plus, les connaissances actuelles sont lacunaires aussi du fait que la recherche ergonomique en est à ses débuts.

La première partie de l’article présente un aperçu du domaine de recherche de la réalité virtuelle, propose de distinguer deux approches principales et discute trois dimensions caractéristiques des systèmes actuels : la présence, l’immersion et le réalisme. Dans la deuxième partie, nous discutons de l’ergonomie des Environnements Virtuels en rappelant brièvement les approches, les principaux problèmes et résultats actuels. Nous insistons en particulier sur des apports susceptibles d’enrichir les modèles et les outils méthodologiques actuels du domaine : les modèles de tâches pour la détection d’intention, l’analyse des représentations opératives, les modèles des utilisateurs. La troisième partie traite de l’utilisation de la réalité virtuelle dans quatre champs traditionnels de l’ergonomie que sont l’assistance à l’activité, la formation, l’analyse du travail, la conception d’outils et de nouvelles situations de travail. Enfin, nous concluons sur des perspectives et des implications pour la recherche ergonomique.

La réalité virtuelle exploite et développe quatre catégories de dispositifs d’interaction : les dispositifs de capture de position et de mouvement (capteurs, gant, combinaison, etc.) ; les dispositifs de présentation visuelle (grand écran, casque, etc.) ; les dispositifs de retour proprioceptifs et cutanés (touché, chaleur, etc.) ; les dispositifs d’entrée et de présentation sonore (son spatialisé, reconnaissance vocale, etc.). Fuchs (1996) parle à ce propos d’interfaces comportementales, soulignant ainsi l’orientation des recherches vers la conception de systèmes « visant à exploiter un comportement humain, naturel et sans acquis préalable ». Des configurations variées de ces dispositifs existent, en association éventuelle avec des dispositifs plus traditionnels (souris, clavier, menu déroulant...), formant ainsi des systèmes interactifs particuliers – les environnements virtuels (EV) – conçus pour recréer certaines des sensations et expériences qui caractérisent l’environnement du monde réel (Witmer & Sadowski, 1998).

Schématiquement, l’architecture d’un EV comprend trois parties fonctionnellement distinctes : les dispositifs de présentation d’information (visuelle, auditive, haptique, etc.) ou « effecteurs », les dispositifs d’entrée d’information (position, gestes et mouvements, etc.) ou « capteurs » et le moteur de réalité virtuelle proprement dit (Coiffet, 1997 ; Ellis, Begault, & Wenzel, 1997). Ce dernier correspond au système matériel (généralement une station de travail graphique ou un PC) et aux logiciels de gestion et de mise à jour de la présentation en fonction des entrées de l’utilisateur ; il comprend généralement une base de données modélisant la scène virtuelle (généralement en 3 dimensions), un modèle des interactions et une représentation de l’utilisateur. Des ressources supplémentaires peuvent être associées à travers un réseau, dans le cadre d’un système multi-utilisateurs par exemple, ou pour des applications de télé-opération lorsque la scène virtuelle représente un lieu réel.

De nombreuses applications commerciales commencent à être proposées dans les domaines de l’ingénierie, la médecine, l’éducation et le loisir (ex. : Adams & Lang, 1995 ; Loftin et al., 1994). En Europe, cinq branches de l’industrie concentrent l’essentiel des développements actuels dans le domaine (Syseca, 1998a) : la construction automobile, l’aviation et l’industrie aérospatiale, la médecine, l’industrie nucléaire, l’industrie chimique. Les systèmes sont utilisés pour la démonstration, la conception, la formation et l’apprentissage (Youngblut, 1998), la recherche, le diagnostic et l’aide thérapeutique : évaluation, exposition, désensibilisation (Jullien, Defrance, & Nugues, 1999). Pour la majeure partie des cas, il s’agit d’outils visant à offrir aux utilisateurs la possibilité d’interagir avec la représentation numérique d’objets et de scènes, en trois dimensions, réels ou réalistes. Soulignons toutefois l’existence d’autres applications possibles pour des tâches très variées comme la supervision de systèmes et de réseaux (ex. : Gros et al., 2000) ou la visualisation de programmes informatiques de grande taille (ex. : Young & Munro, 1998), etc. Le problème à traiter concerne alors moins le réalisme que la recherche de modes de représentation et d’interaction nouveaux adaptés à ces tâches.

La réalité virtuelle « éducative » correspond aux travaux dont la finalité est de fournir à des utilisateurs la possibilité de construire et de contrôler les paramètres d’un monde plus ou moins imaginaire de façon interactive, au moyen d’un système informatique en permettant la représentation. Ce monde virtuel peut être une création contrôlée par l’utilisateur (ex. : Bricken & Byrne, 1992), ou correspondre à la mise en image de concepts abstraits comme les règles de la physique (ex. : Byrne, 1996 ; Dede, Salzman, & Loftin, 1996). Moins médiatique, cette approche surtout développée dans l’éducation s’intéresse moins directement à la couche perceptive du système [4], mais plutôt aux possibilités de représentations, d’interactions, voire de coopérations offertes à l’apprenant. L’ambition de cette famille de systèmes est d’utiliser au mieux les ressources de la technologie informatique (réseau, graphisme et animation, son) pour offrir à l’apprenant un environnement d’apprentissage (inter-)actif. Les domaines de la technologie qui fondent cette approche sont principalement l’informatique pédagogique, les réseaux, enfin l’infographie et la synthèse d’images.

Cette distinction didactique ne doit pas masquer la diversité des systèmes et des recherches qui se réclament du domaine. Certes, on trouvera des illustrations claires de l’une et l’autre des approches dans la littérature. Toutefois, les travaux et réflexions les plus récents font suggérer une évolution dans les approches qui, d’une part, intègrent de plus en plus la préoccupation de proposer des systèmes de mieux en mieux adaptés aux utilisateurs et à leurs activités, et d’autre part, considèrent sérieusement d’autres alternatives que la seule re-création d’images synthétiques ressemblant au monde réel. En parallèle, les outils développés par l’industrie du jeu vidéo touchant à la construction de scénario et à la mise en scène, pourraient contribuer à la conception des interactions, de façon importante, dans les prochaines générations d’EV.

Formellement, l’Immersion [6] peut se définir comme le degré avec lequel l’interface du système contrôle les entrées sensorielles pour chaque modalité de perception et d’action ; elle peut se décrire dans les termes des dispositifs logiciels et matériels particuliers utilisés. De ce point de vue, les systèmes actuels exploitent la modalité visuelle pour l’essentiel de l’information en sortie (écran 2D ou 3D, casque, salle de réalité virtuelle, etc.), plus rarement le son (Psotka, 1995) ; en pratique, le retour d’effort ou les sensations olfactives ne sont pas encore présents dans les systèmes (Youngblut, 1998). Le mouvement ou le geste constituent les modalités les plus courantes en entrée (capteur de position, souris 3D, souris 2D, joystick, gant). Pour un système considéré, le niveau d’immersion se caractériserait par le sous-ensemble des modalités mises en œuvre dans l’interaction, par le degré de complétude et la qualité des dispositifs d’interaction à travers chacune des modalités visées, par la cohérence interne de l’information et des réactions du système. Une dichotomie usuelle du domaine consiste d’ailleurs à opposer les systèmes dits « immersifs » (casque, Cave Automatic Virtual Environment) avec ceux « non immersifs » (écran distant, souris).

La dimension de présence est un concept visant à caractériser l’expérience perceptive et cognitive de l’utilisateur dans le cours de son activité avec un EV. La recherche d’un degré élevé de présence caractérise en effet l’orientation de nombreux travaux dans le domaine, notamment avec l’idée qu’elle facilite la performance ou l’apprentissage des utilisateurs. Cette hypothèse reçoit toutefois un soutien mitigé du fait du caractère contradictoire des résultats dans la littérature, voire de l’absence de résultats. Cependant, deux remarques font relativiser cet état de chose. Premièrement, l’analyse de cette dimension nécessite de s’appuyer sur une méthodologie solide en même temps qu’elle doit faire référence aux théories du comportement et de la cognition humaine, ce qui n’a pas toujours été le cas. La deuxième remarque concerne la diversité des usages et le flou avec lesquels le terme de présence a pu être utilisé pendant longtemps. Ainsi, la présence a pu désigner l’effet de faire percevoir comme réels ou vivants les objets, événements ou personnages avec lequel l’utilisateur interagit dans l’EV. Dans cette perspective, le degré de présence est ainsi souvent assimilé au degré de réalisme (social, perceptif, cognitif) du système. Une autre acception a trait à la déformation de la perception de l’espace chez les utilisateurs ; Lombard et Ditton (1997) relèvent trois types de déformation : l’illusion de quitter l’espace réel et d’être transporté dans l’espace engendré par l’EV, l’illusion que l’espace engendré par l’EV s’introduit et envahit pour partie l’espace réel, l’illusion d’être proche et de partager un même espace commun avec plusieurs utilisateurs distants. D’autres acceptions existent. Le degré de présence est parfois assimilé au degré d’immersion, ou encore à l’effet psychologique en résultant. Avec une perspective plus psychosociologique, le concept de présence est également utilisé, d’une part, pour caractériser le degré avec lequel la perception sociale est favorisée par le système, et d’autre part, le statut social attribué par les utilisateurs au média lui-même ou à certains objets qui y sont représentés. Lombard et Ditton (1997) en proposent une définition large en tant qu’illusion de non-médiation ressentie par l’utilisateur d’un système (EV, téléconférence, jeu en réseau, etc.). Dans le domaine de la conception d’EV, la modélisation cognitive de cette dimension de présence est actuellement une question de recherche, plusieurs approches sont déjà proposées (ex. : Draper, Kaber, & Usher, 1998 ; Regenbrecht, Schubert, & Friedman, 1998 ; Whitelock, Romano, Jelfs, & Brna, 2000).

La dimension du réalisme qualifie fréquemment les EV, voire constitue l’une des finalités de leur conception pour prétendre à un EV de qualité [7]. Le recours à la notion de réalisme est problématique au-delà de son caractère intuitif et peu formel dont l’une des conséquences est que personne ne partage la même définition ni les mêmes critères. D’une part, il s’agit d’une notion mal définie dans le contexte des études en réalité virtuelle, tantôt se référant à une identité métrique ou perceptive entre l’espace réel et l’espace artificiel engendré par l’EV, tantôt se référant à des ressentis subjectifs des utilisateurs. D’autre part, le réalisme renvoie souvent en pratique au domaine perceptif et particulièrement visuel ; on devrait de ce fait parler plutôt de photoréalisme. Malgré tout, le succès même de la notion de réalisme traduit la nécessité d’avoir à décrire, de façon fine et précise, les rapports qu’entretiennent l’espace engendré par l’EV et certains aspects du monde réel. Pour satisfaire cette nécessité, la notion de fidélité permet de préciser les multiples facettes que tend à masquer la dimension du réalisme. La fidélité est d’abord une notion moins connotée vers le domaine perceptif que la précédente. En outre, il s’agit d’une notion discutée et caractérisée dans d’autres domaines, comme celui de la simulation (ex. : Leplat, 1997). Plusieurs types de fidélités peuvent être ainsi évoqués : fidélité quant aux propriétés physiques et fonctionnelles des situations de référence, fidélité perceptive (visuelle, sonore, tactile, haptique), fidélité spatiale, fidélité temporelle caractérisant, d’une part, l’évolution dynamique des objets et propriétés de l’EV et, d’autre part, les contraintes sur l’activité de l’utilisateur, fidélité de la tâche à réaliser, et enfin fidélité psychologique, c’est-à-dire « la mesure selon laquelle le simulateur produit un comportement semblable à celui exigé dans la situation réelle » (Leplat, 1997, p. 173). Si l’obtention d’un niveau précis de fidélité est parfois souhaitable, il n’existe pas de lien direct entre le niveau de fidélité et le niveau de performance ni même la validité psychologique de l’EV. Les caractéristiques de fidélité intrinsèques d’un EV ne sont d’ailleurs pas seules responsables du niveau de fidélité psychologique puisque viennent s’ajouter l’effet des caractéristiques de l’utilisateur ainsi que la tâche choisie dans le cadre des objectifs assignés à l’usage de l’EV. La question de la fidélité psychologique renvoie directement à la notion de validité écologique associée à l’usage des EV ; cet aspect est brièvement évoqué en IV . 3 ; pour une discussion systématique dans le domaine de l’ergonomie, voir, par exemple, Hoc (1993) ; pour le domaine de la simulation, voir, par exemple, Rogalski (1997). Enfin, le réalisme, même mieux défini, ne constitue pas la seule façon d’exploiter les capacités de représentations des EV, ni la plus intéressante pour de nombreuses applications (cf. IV . 2.).

Ces trois points font toujours l’objet de recherches. En ce qui concerne le mal des simulateurs, les facteurs internes et externes (propriétés du système, tâche) commencent à être bien connus, bien qu’aucun consensus concernant les mécanismes en cause n’apparaisse encore établi (voir le numéro spécial de la revue Presence 1(3) 1992 ; plus récemment Hill & Howarth, 2000 ; Nichols & Patel, in press). Suivant les études, de 20 à 60 % de personnes présenteraient des symptômes de mal du simulateur, suite à l’immersion en EV, selon qu’il s’agisse de sujets sélectionnés et entraînés, ou non (Morineau, 2002). Des proportions bien plus faibles ont cependant été observées lors d’expérimentations de terrain dans l’industrie et dans l’éducation. Johnson, Moher, Ohlsson et Leigh (2001) rapportent par exemple un seul cas de malaise sur les 250 élèves utilisant régulièrement les EV mis à leur disposition. Les troubles de l’orientation et de la posture devraient diminuer avec l’allègement des casques ou le développement de dispositifs sans contact, ainsi qu’avec la prise en compte des exigences physiques et perceptives. Les troubles oculomoteurs sont en majorité liés à un phénomène de désynchronisation des mécanismes naturels de l’accommodation et de la convergence visuelle, du fait d’une séparation entre le point de fixation sur l’écran physique d’une part, et la distance estimée entre l’œil et l’objet virtuel projeté, d’autre part. En outre, les exigences visuelles particulières de la tâche constituent un facteur favorisant (Morineau, 2002). Un débat porte sur la réelle spécificité de ces troubles, notamment par rapport à ceux engendrés par l’usage d’écrans traditionnels (voir Peli, 1998). Deux remarques peuvent être formulées sur les études menées dans ces trois directions. D’une part, la majorité porte sur des EV utilisant des casques de visualisation, alors que les applications industrielles ou éducatives actuelles font essentiellement usage d’écrans ou de grands écrans distants de l’utilisateur. D’autre part, les temps d’exposition utilisés dans les expériences sont souvent courts, de l’ordre de quelques minutes. Or de plus en plus d’EV développés dans l’industrie ou en formation s’avèrent satisfaisants sur les trois dimensions (ex : Johnson et al., 2001 ; Adams & Lang, 1995), du fait de la prise en compte des facteurs humains dans le choix et l’aménagement des situations d’usage, l’amélioration des dispositifs et la conception des scénarios et des dialogues.

La mise au point des EV fait maintenant appel de plus en plus à des collaborations avec une ergonomie plus cognitive et les sciences de la cognition, d’une part, pour ce qui est des connaissances sur les caractéristiques de la perception (vision, modèles et lois psychophysiques, voir, par exemple, Ellis et al., 1997 ; haptique, intégration multimodales, voir, par exemple, Lecuyer et al., 2001), d’autre part, plus récemment encore, pour ce qui est des connaissances et de la méthodologie pour l’analyse des interactions, l’évaluation et la conception de dialogues plus simples et efficaces pour les utilisateurs (Burkhardt, Lourdeaux, & Fuchs 1999 ; Kaur, Maiden, & Sutcliffe, 1999 ; Paljic et al., 2002). L’intérêt pour l’étude ergonomique de la cognition en environnement virtuel s’inscrit dans cette direction, comme en témoignent les sessions récurrentes consacrées à la cognition dans les dernières conférences importantes du domaine. En France, un workshop dédié à « réalité virtuelle et cognition » a récemment réuni plus d’une centaine de participants (voir Grumbach & Richard, 1999). Une action spécifique du département STIC du CNRS a également débuté en 2001.

Du point de vue de l’utilité, les fonctionnalités associées aux EV actuels sont encore imparfaitement cernées du fait du manque d’usage et de précédents. De surcroît, la lourdeur des applications fait que l’on se trouve souvent avec des modes d’interactions limités de type visite, navigation ou déambulation.

Du point de vue de l’utilisabilité, les défauts proviennent pour partie du fait que les techniques sont encore peu matures. Ainsi dans de nombreux EV, la perception est partielle et caractérisée par des incohérences entre les informations traitées par les différents systèmes récepteurs (ex. : vision / oreille interne). De surcroît, les sources d’information liées à l’environnement réel de l’utilisateur se superposent, voire entrent en conflit avec l’information délivrée par le système [8]. Une autre raison réside dans le fait que de nombreux travaux dans le domaine abordent l’homme sous l’angle de la perception comme un récepteur passif, et non sous l’angle de la cognition (Frejus & Drouin, 1996). De fait, bien que les environnements virtuels soient conçus pour des opérateurs humains, un constat est que la recherche technologique s’avère bien plus avancée que l’étude des aspects cognitifs (Draper et al., 1998 ; Verna & Grumbach, 1998a). Le caractère novateur de la réalité virtuelle a pu être également évoqué comme justification pour ignorer les connaissances déjà acquises sur l’utilisabilité pour des technologies proches comme les simulateurs, dans le domaine de la conception d’IHM (Interface Humain-Machine) et l’ergonomie des logiciels interactifs. Enfin, dans les entreprises qui promeuvent la réalité virtuelle, l’ergonomie est encore souvent assimilée aux seuls aspects anthropométriques de l’aménagement des postes et des systèmes de production : dimensionnement, accessibilité physique, visibilité centrale et périphérique, etc. (ex. : voir l’introduction dans Syseca, 1998b). L’ergonomie cognitive y est rarement considérée, voire même connue.

D’autres aspects sont impliqués dans le défaut d’ergonomie des EV. Un aspect concerne un manque de démarche de conception centrée sur l’utilisateur (Frejus, Drouin, Thibault, & Schmid, 1997). Ainsi, des éléments importants pour la définition du modèle conceptuel puis pour l’implantation de tout système sont l’existence d’un modèle explicite précis de la tâche pour ce qui est des fonctionnalités, ainsi qu’un modèle explicite de l’utilisateur associé à la formalisation de son comportement à l’intérieur du système pour ce qui est de l’interface et des dialogues. Or l’un ou l’autre de ces modèles semblent souvent absents, remplacés par un modèle métrique de la réalité à reconstruire virtuellement, en faisant l’hypothèse rarement vérifiée que ce réel virtuel va faire « disparaître » l’interface. Des démarches sont proposées récemment dans divers domaines d’application (ex. : Burkhardt et al., 1999 ; Fencott, 1999).

Un aspect à ne pas négliger concerne les limites contraignantes des outils des concepteurs (Burkhardt et al., 1999 ; Willans & Harrison, 2001). À titre d’exemple, l’architecture des systèmes focalisés sur le réalisme (essentiellement visuel) est souvent peu flexible, avec une base de scène (souvent en C++) où la gestion se fait pour l’essentiel objet par objet, de façon inerte, avec de gros problèmes dus à la structure d’héritage et aux nombreuses contraintes régissant les liens entre objets à l’intérieur d’une scène. Un autre exemple concerne les primitives d’affichage et de dialogue disponibles qui ne sont pas toujours adaptées aux besoins qu’engendre la gestion d’une interaction intelligente entre l’utilisateur et le système.

Enfin, un aspect est lié à la discipline ergonomique elle-même : les connaissances et la méthodologie nécessitent d’être enrichies et adaptées pour répondre au contexte d’intervention de la conception d’EV. Bien que les connaissances actuelles soient non négligeables en effet, de nombreux aspects du problème ne trouvent pas encore de réponse ergonomique éprouvée, notamment du fait de la jeunesse relative du domaine. Des problématiques nouvelles pour l’ergonomie doivent ainsi être approfondies : critères et dimensions de l’utilisabilité des EV, conception et évaluation d’avatars virtuels pour représenter les utilisateurs dans l’EV, utilisation de la souris et du clavier pour naviguer aisément dans l’espace tri-dimensionnel, etc.

Deux niveaux d’approche complémentaires coexistent (Burkhardt & Wolff, 2002). Le premier étudie les différents périphériques et environnements produits au moyen d’investigations inspirées de l’expérimentation dans les domaines de la perception et du contrôle moteur. Souvent analytiques, effectuées en laboratoire, ces études participent à la construction d’un corpus de données empiriques sur les capacités perceptives humaines et les défauts des technologies du virtuel en regard de la perception dans un environnement réel. À côté de quelques thématiques de recherches suivies (ex. : mal des simulateurs, présence, pointage et localisation spatiale), d’autres travaux nombreux de type « tests utilisateurs » revendiquent cette approche mais souffrent d’un manque de fondement théorique, d’une valeur écologique faible et de l’absence de réplication.

Le second niveau d’approche vise à intégrer les différentes dimensions de l’activité orientée et « située » de l’homme avec des outils, pour améliorer l’ergonomie des dispositifs de réalité virtuelle. En particulier pour les EV dédiés à la formation, des méthodologies de conception et d’évaluation centrées sur l’utilisateur et les activités de formation sont proposées (Burkhardt et al., 1999 ; Fréjus, 1998) et des principes fondés sur le retour d’expérience d’utilisations réelles commencent à être publiés (Johnson et al., 2001 ; Burkhardt & Wolff, 2002).

Dans la suite de cette partie, nous évoquons trois autres points possibles de coopération entre les outils et méthodes de l’ergonomie cognitive et la conception d’EV : les modèles de tâches, l’analyse des représentations opératives et les modèles des utilisateurs.

Lorsque l’interaction avec le système peut être ramenée à une séquence ordonnée, univoque et finie d’actions, il est possible de se restreindre à une détection locale basée par exemple sur le positionnement de l’utilisateur à un moment donné, ses gestes, sa vitesse ou la direction de son mouvement.

Dans tous les autres cas, un mécanisme de détection locale est susceptible d’engendrer plus de problèmes qu’il n’en résout : déclenchement intempestif d’actions, repositionnement de l’utilisateur à chaque occurrence de son passage à une même position de l’EV, etc. Pour faciliter l’interprétation des actions de l’utilisateur par le système, une piste consiste à implanter un modèle de la tâche de l’utilisateur permettant au système d’analyser l’atteinte progressive des buts et d’en opérer le suivi jusqu’à sa réalisation. L’interprétation par le système des actions de l’utilisateur se fait alors en référence à la tâche, à ses objectifs et ses contraintes, et non uniquement en fonction d’un appariement de paramètres locaux. L’apport d’un modèle de tâches auquel le système peut se référer pour comprendre les actions de l’opérateur s’établit à trois niveaux : pallier les défauts d’utilisabilité du système, gérer la cohérence entre des systèmes distants au moyen d’une connaissance commune des objectifs de la tâche, pour les EV de formation, implanter des modèles des stratégies de l’expert et de l’élève.

La modélisation et la description des tâches d’opérateurs humains constituent un champ investi depuis de longues années en ergonomie. Elles fournissent déjà des outils irremplaçables pour la conception de systèmes adaptés aux utilisateurs, pour la simulation des tâches et pour la construction de formations (ex. : John & Kieras, 1996 ; Patrick, 1992 ; Sebillote, 1991). Nombre de ces outils offrent un double intérêt. D’une part, ils répondent à la contrainte d’être opérationnels pour décrire de façon fine les résultats de l’analyse du travail en situation réelle ; d’autre part, ils sont suffisamment formels pour pouvoir être implantés dans le cadre d’un système sans un coût d’adaptation trop élevé. Un avantage supplémentaire réside dans le fait qu’avec un ou plusieurs modèles implantés, il devient possible, dans un même environnement virtuel, de distinguer dans les actions et le comportement de l’utilisateur, ce qui est lié à sa tâche principale et ce qui est autre dans son comportement. Enfin dans l’optique où un formalisme de décomposition en buts et sous-buts alternatifs est utilisé, il devient assez simple d’autoriser l’utilisateur à mettre en œuvre une grande variété de procédures, tout en maintenant la cohérence dans l’interprétation des objectifs de l’utilisateur. Peu d’EV incluent un modèle des tâches ainsi de haut niveau, la tâche étant décrite au niveau des objectifs plutôt qu’au niveau des actions élémentaires ; toutefois des systèmes récents semblent y avoir recours avec succès (ex. : Johnson et al., 1999). Il s’agit d’une voie de coopération à poursuivre.

Certaines limites doivent toutefois être marquées, comme le souligne Sperandio (1984, p. 84) du fait que la représentation mentale de l’expert n’est pas seulement le reflet de l’objet, mais le reflet de l’action projetée sur l’objet ; un même objet peut par conséquent engendrer une multiplicité de représentations, y compris chez un même opérateur si les objectifs de l’action changent ou s’ils sont multiples. Du point de vue pratique de la spécification d’interfaces, il faut que de telles représentations soient compatibles avec la diversité des utilisateurs possibles et des objectifs d’actions.

Deux autres niveaux au moins sont à considérer car ils contraignent de façon directe la compatibilité de l’EV avec ses utilisateurs. Le premier concerne les caractéristiques physiques et anthropologiques de la population particulière des utilisateurs. Il y a une grande diversité des dimensions humaines qui s’oppose à l’unicité classique des matériels. Ce niveau peut s’exprimer au moyen d’un modèle tiré de l’analyse de la population-cible, avec une spécificité des EV qui est que deux utilisations très différentes peuvent en être faites. L’utilisation première concerne l’adaptation à ce jeu de contraintes de l’interface physique utilisée pour un EV. Même si elle n’est pas sans lien avec la précédente, la deuxième utilisation concerne les paramètres et le niveau de fidélité du modèle logiciel des caractéristiques de l’utilisateur individuel retranscrites dans le monde virtuel. Le deuxième niveau concerne la cognition des utilisateurs, c’est-à-dire les particularités des processus et des raisonnements de la population d’utilisateurs dont les fonctions du système doivent tenir compte. L’interaction en EV peut – doit ? – se faire en parallèle à plusieurs niveaux d’abstraction (action, langage) et de régulation (automatismes, règles, connaissances). L’analyse de ces niveaux peut s’appuyer sur des modèles psychologiques suffisamment formels pour décrire précisément l’activité mentale, voire la simuler.

Dans les EV actuels, le modèle de l’utilisateur est en majorité implicite, informel, voire à reconstruire de l’extérieur à partir de l’observation d’utilisateurs immergés et de leur comportement au cours de leurs interactions avec le système. Qu’il s’agisse de modélisation anthropologique ou cognitive, les travaux dans ces deux champs d’application de l’ergonomie apportent un cadre au développement des modèles utilisateur pour concevoir les EV futurs.

D’un point de vue ergonomique, deux types d’assistance nous semblent devoir être distingués. D’une part, il s’agit de l’assistance liée aux défauts d’utilisabilité qui devraient tendre à disparaître avec l’évolution des techniques et une meilleure prise en compte – notamment méthodologique – des utilisateurs et de leurs activités. Néanmoins actuellement, ce point ne peut être négligé si l’on souhaite faire bénéficier les futurs utilisateurs d’un EV opérationnel. D’autre part, il s’agit de l’assistance à la réalisation de tâches quelles qu’elles soient, et que l’utilisateur concerné soit un individu « normal » ou présentant un déficit. Ce dernier type d’assistance nous semble pouvoir être organisé autour de trois grands pôles, par référence à l’utilisateur et sa tâche [9].

— Enrichissement de l’information transmise à l’opérateur/utilisateur selon une modalité identique (ex. : superposition d’un schéma sur une scène réelle) ou une modalité différente (ex. : texte, son, etc.) de celle caractérisant la scène réelle de référence. Plusieurs formes d’enrichissement sont possibles, parmi lesquelles on peut mentionner la fourniture d’une information supplémentaire liée à une connaissance apportée par le système (système expert, base de cas, modèle théorique, grille d’analyse, etc.). Un autre type d’enrichissement concerne la traduction sous une forme intelligible d’information hors du domaine de la perception de l’utilisateur. Une illustration de l’assistance par enrichissement réside dans le logiciel développé à l’École des Mines de Paris, dans le cadre du programme européen VISIMPLANT ; ce logiciel apporte au praticien, à partir d’un ensemble d’images scanner 2D, une représentation de la mâchoire en mode tridimensionnel volumique. Le chirurgien dentiste dispose en outre d’outils logiciels pour planifier en virtuel son intervention et décider notamment de la position, de l’orientation et de la profondeur de l’implant [10]. Un type d’enrichissement également possible consiste à substituer l’information réelle, absente pour des raisons de temps, disponibilité, etc., par une information probable sur la situation représentée, en fonction des dernières données connues et des commandes réalisées. Nous soulignerons ici les risques, déjà montrés en ergonomie, de ce type de situations où le retour donné à l’opérateur n’est pas direct et ne reflète donc pas un état réel du monde sur lequel il opère. Une situation intermédiaire correspondrait à la construction d’images ou de données manquantes mises à jour par la donnée (image) réelle aussi fréquemment que possible [11].

— Automatisation de tout ou partie des actions relatives à l’atteinte des objectifs de l’utilisateur, compte tenu d’une capacité supposée à avoir connaissance de ses objectifs. Cette capacité supposée est d’ailleurs subordonnée à la détection d’intention, problème récurrent dans le domaine des EV. Ce type d’assistance peut comprendre plusieurs formes. Il peut consister en l’engendrement automatique d’actions supplémentaires nécessaires à l’accomplissement des objectifs de l’utilisateur. Il peut également correspondre à la substitution d’une commande analogique ou symbolique à l’action.

— Filtrage de l’information et de tout ou partie de l’action, pour limiter les risques et la complexité de l’environnement. L’assistance peut prendre ainsi la forme d’un processus de sélection filtrant l’information disponible dans l’environnement. Les choix pour une telle sélection sont entre autres guidés par une analyse fine de l’activité, laquelle permet de formaliser les informations prélevées et les traitements cognitifs opérés par les opérateurs en situation. L’assistance peut également correspondre à la restriction, en temps réel ou désynchronisée, des capacités d’action laissées à l’utilisateur. La restriction peut s’appliquer aussi bien à la spécification qu’à l’exécution des actions (Verna & Grumbach, 1998b). Par exemple, il peut être intéressant de contrôler les degrés de liberté du chirurgien pilotant un robot destiné à effectuer certaines opérations sur les tissus du patient, en lui imposant certaines contraintes de mouvement par exemple afin de ne pas risquer d’endommager une zone de tissu sain.

Un programme d’études et plus de coopérations pluridisciplinaires concernant l’assistance aux opérateurs sur ces différents versants – théorique, méthodologique et pratique – nous paraît être le gage de développements fructueux à venir, au-delà de la seule technologie.

Le premier usage est vraisemblablement le plus répandu actuellement. Un grand nombre de systèmes proposés relèvent d’une approche technologique où prédomine la recherche du meilleur degré de photoréalisme dans les scènes. Ce type d’approche pose plusieurs problèmes (Burkhardt et al., 1999). Premièrement, même si cela n’est pas toujours explicite, ce type d’approche pose comme postulat que le monde réel constitue le terrain le plus efficace pour l’apprentissage, la technologie visant de fait à en rendre l’accès possible à un coût moindre. Or la mise en situation réelle, comme la recherche d’une simulation très réaliste, est efficace et pertinente si l’utilisateur connaît déjà bien la tâche et son contexte. Si le principe de la « réalité » perceptive comme modèle à recréer s’avère justifié pour des outils visant l’évaluation ou l’automatisation de certains gestes professionnels (par la répétition, par la recréation de situations rares ou difficiles d’accès), il ne peut pas l’être de façon aussi directe pour un outil utilisable à des étapes précédentes de la formation professionnelle. La formation s’appuie en effet en grande partie sur la médiation de situations éloignées du réel (modifiées, stéréotypées, abstraites, simplifiées, falsifiées, etc.) qui sont choisies en fonction du niveau de l’élève, pour atteindre un objectif de formation et dans le cadre d’une méthode pédagogique. Il n’est donc pas nécessaire de reproduire le plus fidèlement possible la réalité ; il est préférable de définir le niveau optimum de fidélité nécessaire à l’apprentissage en Réalité Virtuelle et à son transfert vers le monde réel. La fidélité doit être de ce fait adaptée suivant les besoins et le niveau de l’apprenant, en fonction de l’objectif du formateur (Lourdeaux, Burkhardt, Bernard & Fuchs, 2002). Un deuxième problème réside dans le risque qu’il y a à privilégier la dimension esthétique plus que pédagogique dans les dialogues avec le système, voire la prédominance d’une dimension exclusivement ludique. Enfin, les limites actuelles de la technologie, les faiblesses dans la démarche de conception, comme les défauts d’utilisabilité et la lourdeur des applications résultantes ne sont pas à négliger en tant que sources de problèmes potentiels, à la fois pour les aspects de transfert entre situations virtuelles et le monde réel et pour les aspects d’assistance à l’utilisateur, dans le but d’éviter que des difficultés d’utilisation n’induisent une surcharge cognitive néfaste pour l’apprentissage.

L’intérêt potentiel des EV pour cet usage de formation est peu traité de façon systématique à travers la littérature. Les potentialités évoquées ressemblent en fait plus à un catalogue de cas rassemblés de manière opportune qu’à des lignes de recherches claires fondées sur une approche théorique et pratique constituée. De surcroît, si ce potentiel de la Réalité Virtuelle est largement reconnu dans le domaine de la formation (Adams & Lang, 1995 ; Psotka, 1995) et de l’éducation (Youngblut, 1998), le peu d’études basées sur l’expérimentation conclut en général à une absence de différence notable avec d’autres modes d’apprentissage équivalents. À côté du peu d’études et des difficultés inhérentes à l’évaluation dans le domaine des technologies d’apprentissage, cette absence de résultat pourrait s’expliquer aussi par le mode d’usage majoritaire de ces outils qui les rapproche des méthodes pédagogiques expositives ou démonstratives, plutôt qu’actives. Le facteur d’interactivité apparaît à l’inverse comme un facteur essentiel pour favoriser l’apprentissage (Youngblut, 1998).

De notre point de vue, les intérêts liés à l’usage de tels systèmes se situent à deux niveaux principaux. Un premier niveau concerne les possibilités, non spécifiques aux EV, liées à l’utilisation des technologies informatiques à des fins éducatives. Sans chercher à être exhaustif, on peut noter [12] :

Un deuxième niveau regroupe les intérêts plus spécifiquement liés à l’impact des environnements virtuels sur l’apprentissage. Faute de données et d’études, ces intérêts traduisent souvent plus des hypothèses que des résultats validés empiriquement. Parmi les intérêts possibles, on peut mentionner :

Le second usage considère l’EV comme un outil du formateur. Moins médiatique et moins investi par la recherche, cet usage s’avère porteur d’efficacité dès lors que les fonctionnalités et les dialogues sont pensés en fonction de l’usage en formation, selon une démarche centrée sur l’utilisateur. Frejus (Frejus, 1998 ; Frejus et al., 1997) montre par exemple qu’un EV constitue un outil plus adapté que le support traditionnel, dès lors que sa conception se fonde sur une analyse des futurs utilisateurs et de leur activité. Cet auteur compare l’activité de formateurs utilisant soit un simulateur de réalité virtuelle, soit des outils classiques fondés sur l’exploitation de transparents. À partir de l’analyse des interactions entre le formateur et les stagiaires dans les deux situations, l’auteur montre notamment que l’EV fournit une partie de l’explication et pas seulement une illustration dans le cas où il s’agit d’appréhender des systèmes complexes dans leur dynamique, comme, par exemple, les principes et les dysfonctionnements d’un robinet dans une centrale nucléaire. Enfin, l’outil offre au formateur un moyen d’opérer des transitions didactiques, de résoudre certaines difficultés ou incompréhensions liées au langage et au caractère statique des documents imprimés, de suggérer des indices, de valider ou infirmer les réponses des stagiaires en proposant une nouvelle piste à la réflexion dans le cadre d’une pédagogie plus active.

Pour l’un et l’autre des usages, l’implication des formateurs au long du processus de conception est un élément-clé de ces nouvelles technologies de formation (Burkhardt, Michel, Ronca, & Sperandio, 1998 ; Burkhardt et al., 1999 ; Crosier, Cobb, & Wilson, 2002). Les quelques retours d’expérience dont nous disposons indiquent que cette implication n’est pas simple aujourd’hui pour les formateurs, souvent professionnels dans leur métier plus que dans la formation. En particulier, la nouveauté et la complexité des EV font que les usages et les repères habituels doivent être en partie reconstruits, à la fois pour ce qui est de l’activité d’animation et également pour anticiper la situation de formation durant la conception.

Dans le langage de la pratique, les termes d’ « analyse du travail » prennent souvent un sens plus large qui couvrirait l’ensemble des méthodes mises en œuvre de façon synergique pour analyser et formaliser tout ou partie de la tâche et de l’activité des opérateurs en situation de travail. Ce sens inclut en plus de la précédente acception les expérimentations, la simulation, plus rarement l’enquête. L’idée de recourir à des EV n’est pas totalement saugrenue dans la mesure où l’utilisation de dispositifs physiques de simulation pour l’analyse du travail est déjà une pratique courante dans un certain nombre de domaines d’intervention de l’ergonomie [13] ; dans bien des cas en effet, la simulation fournit un outil à la recherche visant à mettre en évidence des caractéristiques particulières de l’activité mentale, à recueillir des données sur l’activité réelle dans un contexte plus contrôlé que la situation de travail réelle, mais en tendant à sauvegarder une certaine validité écologique à la situation expérimentale, à analyser préalablement les contraintes portées par une situation de travail en cours de conception, c’est-à-dire future et actuellement inexistante, etc. Dans ce cas, l’un des problèmes essentiels va être d’identifier, dans la situation réelle de travail – situation théorique de référence –, les invariants à intégrer dans la simulation, afin de garantir la validité de la situation en regard des objectifs poursuivis par le chercheur (Beguin & Weill-fassina, 1997). Un second problème concerne l’adéquation entre les possibilités technologiques actuelles et les dimensions de l’activité étudiée ; ainsi les limites actuelles des dispositifs en matière d’interactions ne doivent pas être sous-estimées. Relativement à la situation réelle de référence d’une part, et à l’usage de maquettes ou simulations physiques pleine échelle d’autre part, l’usage des EV peut souvent être justifié sur la base de critères tels que le coût, l’encombrement, la portabilité et la flexibilité à l’utilisation, l’ubiquité et l’absence de dépendance temporelle ou géographique par comparaison avec les contraintes liées à l’utilisation d’un simulateur physique. Les EV peuvent constituer de surcroît l’unique moyen de médiatiser le recueil de données concernant un terrain réel. Toutefois, aujourd’hui encore, les difficultés de développement liées à la nouveauté et l’immaturité des technologies, notamment en dehors de la modalité purement visuelle, imposent une restriction des possibilités d’utilisations des EV à des champs d’applications et des objectifs souvent limités.

D’autres utilisations potentielles des EV pourraient enrichir la palette d’outils et de techniques de l’ergonome. Ainsi les EV peuvent offrir un support permettant d’assister les opérateurs/utilisateurs dans la prise de conscience, la conceptualisation ou la mise en mots de leur activité. Les EV pourraient ainsi constituer la base potentielle d’une nouvelle génération d’outils, au côté de techniques fondées sur le recueil de données verbales (ex. : Clot, 2000 ; Vermersch, 1991) ou fondées sur la confrontation d’opérateurs avec l’enregistrement audiovisuel de leur propre activité ou de l’activité d’un de leurs paires en situation (ex. : Mhamdi, 1997). On peut également envisager l’usage d’EV comme supports à la création et à l’animation de modélisations des situations aux fins de représentation, de communication et de validation des résultats de l’analyse du travail : il s’agirait là d’offrir aux opérateurs, concepteurs et autres intervenants du processus de conception, la possibilité de (se) mettre en scène et de reconstruire des dimensions dynamiques de l’activité au travail. Récemment, par exemple, des chercheurs étudient un agent virtuel afin de le doter de la capacité à imiter un opérateur expert pour apprendre et ensuite représenter des gestes professionnels (Johnson et al., 1999). Ce type d’utilisation sous-entend cependant l’existence de dispositifs de constructions et d’interactions avec un monde virtuel qui soient utilisables à moindre coût et compatibles avec les modes de formalisation utilisés en analyse du travail.

Plusieurs points critiques se dégagent de ce tableau rapide de l’utilisation des EV dans le cadre de l’analyse ergonomique du travail :

La simulation du réel n’est qu’une partie des possibilités offertes par la réalité virtuelle. Dans cette perspective, il est important de travailler de concert avec les concepteurs d’EV pour spécifier et formaliser la flexibilité supplémentaire offerte par les EV en vue de constituer un outil susceptible de plus-value dans le domaine de l’analyse du travail.

Les EV offrent d’abord une alternative aux représentations propres à la CAO traditionnelle et au dessin sur papier, pour ce qui est de favoriser la visualisation et la communication entre différents concepteurs et/ou utilisateurs (Calderon, Van Shaik, & Hobbs, 2000). Un exemple dans les premières phases de la conception est l’utilisation de l’EV comme moyen de prototypage rapide afin de tester un nouveau concept de jouets auprès d’enfants (Richir & Taravel, 1999) ; un programme de recherches pluridisciplinaires (concepteurs, psychologues) visant à cerner la validité et les conditions d’utilisations est d’ailleurs proposé par ces auteurs. On peut mentionner aussi un « magasin expérimental virtuel » mis au point dans le but d’analyser l’impact de produits avec des consommateurs réels, à des étapes très en amont du processus de conception (idée, concept) et à des étapes finales (packaging).

Un autre type d’application concerne l’évaluation de la faisabilité et la détection des problèmes potentiels d’interaction durant la phase de spécification d’un nouveau système, par exemple pour valider la pertinence de certains choix de conception en matière de présentation et de retour d’information (ex. : Hue & Cassier, 2000) ou pour étudier par simulation l’accessibilité et les contraintes sur le geste dans les opérations de maintenance, dès la conception (Chedmail, Maille, & Ramstein, 2002). Ce dernier système se fonde sur la représentation d’un espace en trois dimensions, où la simulation et l’interaction avec un utilisateur permettent de répercuter des contraintes anthropomorphiques, mécaniques ou biomécaniques. Les problèmes de la validité et du caractère prédictif des comportements et données recueillis, souvent surestimés, doivent être envisagés de la même façon que pour l’usage des EV pour l’analyse du travail.

En termes de perspectives de recherche, plusieurs réflexions et thématiques nous paraissent découler de ce point sur le domaine de la réalité virtuelle. Les premières recherches en ergonomie ont porté sur les principaux troubles consécutifs à l’immersion et sur l’ergonomie physique des dispositifs. Une première perspective est d’élargir ces travaux à des situations écologiquement proches des dispositifs et tâches rencontrés dans l’industrie et la formation.

Une seconde perspective découle du fait que les EV font appel à des connaissances dépassant les domaines associés aux IHM traditionnelles. La perception et la motricité se voient en effet dotées d’une place également importante et d’une sémantique riche [14] dans la conduite des interactions (intégration d’informations multimodalitaires, commandes gestuelles, dispositifs d’interaction tactilo-kinesthésique, etc.). Les travaux dans le domaine de la télé-opération (par ex. : Pennel, Ferrel, Coello, & Orliaguet, 2002) s’avèrent ainsi intéressants pour analyser les conditions de transferts et les difficultés associées au contrôle du geste et du mouvement, dans un espace dissocié de l’espace actuel de l’utilisateur, et alors que l’information est qualitativement et quantitativement dégradée. Des thématiques de recherches devraient aussi se développer à propos de l’effet de la combinaison de plusieurs modalités sensorielles et motrices dans les dialogues, ainsi que sur la répartition et le mode de présentation de l’information entre les modalités considérées. D’une part, des situations perceptivement et cognitivement inédites sont en cours d’étude dans le cadre du développement des dispositifs d’interaction pour les EV (par ex. : les dispositifs pseudo-haptiques qui visent à engendrer une information haptique « augmentée » ou modifiée par l’effet d’une autre modalité, voir Lecuyer et al., 2001). D’autre part, des travaux (Dede et al., 1996) montrent que l’ajout d’information par l’intermédiaire de modalités sensorielles autres que la vision peut apporter un gain dans l’utilisabilité mais aussi dans l’efficacité des EV.

Les EV actuels sont majoritairement conçus pour être mono-utilisateurs (Youngblut, 1998). Une troisième perspective concerne par conséquent le soutien à la coopération entre utilisateurs dans les environnements Multi-Utilisateurs, ainsi que l’interaction avec les autres entités du monde virtuel telles que des agents logiciels par exemple. L’apport des travaux sur la coopération médiatisée doit être souligné, ainsi que ceux portant sur les propriétés de la représentation des utilisateurs par le biais d’avatars, l’efficacité et la pertinence de simuler des comportements et une information non verbale dans le déroulement et le contrôle des interactions (gestes, mimiques, mouvement des yeux et du visage, expressivité, modalités de mise en scène, etc.). Rappelons que l’immersion d’utilisateurs dans des scènes « réalistes » n’est pas le seul usage des technologies de la réalité virtuelle, ni souvent même le plus intéressant. Les travaux sur les métaphores dans un sens large intéressent de ce fait le développement et la recherche dans le domaine de la conception d’EV.

Sur le plan pratique, l’ergonomie devra adapter les outils et méthodes dont elle dispose à ces nouvelles générations d’interfaces où le geste et la vision sont imbriqués dans des boucles plus larges et plus complexes que dans les interfaces classiques de type écran clavier, où les dialogues et la façon de représenter les utilisateurs débouchent sur des problématiques originales à explorer. La recherche d’innovation et l’ouverture des problèmes à traiter imposent une analyse approfondie et itérative du comportement des futurs utilisateurs/opérateurs mis en situation. L’activité de l’ergonome consiste alors moins à valider de façon définitive des choix de dialogue et de présentation d’information qu’à enrichir ces nouveaux paradigmes à base d’EV par une méthodologie efficace de prise en compte des utilisateurs et de leur activité au niveau de l’interaction et de la présentation d’information. Ainsi, la contribution de l’ergonomie va bien au-delà des aspects de surface des interfaces pour les environnements virtuels. Parallèlement ces derniers sont susceptibles d’apporter une contribution non négligeable à de nombreux développements méthodologiques dans les champs d’intervention de l’ergonomie. Plusieurs voies de coopération entre le domaine de la conception des environnements virtuels et l’ergonomie ont été présentées dans cet article. Il s’agit d’autant de directions de recherches à emprunter, en même temps qu’une invitation à une approche et une construction pluridisciplinaire.

Manuscrit reçu : février 2002.

Accepté par J.-M. Hoc, après modification : septembre 2002.