Optical and Gravito-Inertial Contribution in the Mechanisms of Perception and Control of the Self-Motion
Contribution optique et gravito-Inertielle dans les mécanismes de perception et de contrôle du mouvement propre
Résumé
Each year, one third of the accidents in aeronautics are due to Spatial Disorientation (SD) phenomena. Pilots subject to SD misperceived their environment, which might induce possible dramatic changes in the pilots trajectory. These misperceptions come from diverse reasons : infraliminary magnitude of the gravito-inertial variations, bad weather conditions, non-coherent variations between stimuli... In this thesis, we investigated the perception and control mecanisms of self-motion during a Low-Altitude Flight (LAF) maneuver, which is a common, yet dangerous, military procedure. In LAF, pilots have to fly the nearest to the ground, at high speed. Two sets of experiments were led at the EuroMov laboratory (University of Montpellier, non-pilot participants) and the Ames laboratory (NASA, military expert pilots), in order to evaluate the impact of the visuo-vestibular contribution on height flight perception and control performances. Two different motion simulators, the iMose simulator (EuroMov) and the VMS (Vertical Motion Simulator, Ames) were used. During the experiments, the participants had to complete two tasks. The first one was an observer task of a simulated LAF scenario, in which participants had to report their height above ground. The second one was a controller task, in which participants had to control their height above ground during a simulated LAF scenario. Participants experienced several visuo-vestibular combinations. We studied their impact on the pilots performances. The results enlighted three main items : 1) Participants had a globaly more stable behaviour and better performances in a visuo-vestibular environment than in a visual-only one ; 2) visuo-vestibular stimuli impact the two experimental tasks differently; 3) a high fidelity simulated environment induces not necessarily better performances than a low fidelity one. These results are important for the world of simulation, where pilots performances depends on the simulated environment and its fidelity level. It is thus necessary to simulate coherent multimodal environments to observe realistic pilots behaviour. It would ensure a better training for real flight than with simplified environments.
Chaque année, près de 30 % des accidents survenant dans l’aéronautique sont dus à des phénomènes de désorientation spatiale. Ces phénomènes impliquent une mauvaise perception de l’environnement ayant pour conséquence une modification (ou une absence de modification) des trajectoires de vol pouvant être dramatiques. Ces problèmes de perception viennent souvent de biais perceptifs, pouvant survenir pour diverses raisons : intensité infraliminaire des variations gravito-inertielles, mauvaises conditions météorologiques, variations incohérentes entre différentes modalités sensorielles, …. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux mécanismes de perception et de contrôle du mouvement propre, et plus particulièrement ceux impliqués lors du Vol à Basse Hauteur (VBH), manœuvre aérienne militaire courante mais risquée au cours de laquelle les pilotes doivent voler proche du sol à vitesse élevée. Deux lots d’expérimentations ont été menés aux laboratoires EuroMov de l’Université de Montpellier (participants non-pilotes) et Ames de la NASA (pilotes experts militaires), dans le but de tester l’impact des stimuli environnementaux sur les performances de perception et de contrôle de la hauteur-sol. Deux simulateurs de mouvement différents ont été utilisés, le simulateur iMose (Interactive Motion Simulator at EuroMov) et le simulateur VMS (Vertical Motion Simulator). Au cours de ces expérimentations, les participants devaient réaliser deux tâches : une tâche d’observateur d’un VBH simulé, dans laquelle ils devaient reporter leur hauteur-sol de vol, et une tâche de contrôleur lors d’un VBH simulé, où ils devaient contrôler cette hauteur-sol. Différentes combinaisons de stimuli visuo-vestibulaires ont été testées. Trois points principaux ont été mis en avant par les résultats des expérimentations menées : 1) la présence d’un environnement multimodal (visuo-vestibulaire) engendre un comportement plus stable et de meilleures performances qu’un environnement monomodal (uniquement visuel) ; 2) un environnement multimodal impacte différemment les performances de vol en fonction de la tâche à accomplir (Observateur vs. Contrôleur) ; 3) un environnement réaliste n’est pas forcément plus bénéfique pour les performances en vol qu’un environnement simplifié. Ces résultats sont importants pour le monde de la simulation, les performances des pilotes dépendant de l’environnement simulé et de son niveau de fidélité. La simulation d’environnements multimodaux cohérents et réalistes est nécessaire pour l’observation de comportements réalistes de la part des pilotes et une meilleure confrontation à la réalité lors d’entraînements qu’avec des environnements simulés plus simplifiés.
Origine : Version validée par le jury (STAR)