L'aviation moderne a connu une transformation avec l'adoption généralisée de cockpits en verre, qui remplacent les instruments analogiques traditionnels par des écrans numériques de grand format. Ces cockpits avancés, qui se retrouvent dans tout, des avions d'aviation généraux légers aux avions de ligne les plus récents, offrent des données plus riches aux pilotes, une meilleure connaissance de la situation grâce à une vision synthétique et une gestion intégrée des vols. Pourtant, ce saut technologique introduit également un nouvel ensemble de défis pour le confort et la performance des pilotes.

Le rôle des facteurs humains dans la conception desockpits en verre

Dans l'aviation, il s'agit de l'ajustement entre les pilotes et leur espace de travail. Une interface mal conçue augmente la charge de travail mentale, augmente le risque d'erreur et peut dégrader la prise de décision pendant les phases critiques du vol. Inversement, un poste de pilotage conçu avec des facteurs humains au cœur aide les pilotes à maintenir un niveau élevé de conscience de la situation (SA), à gérer la charge cognitive et à réagir calmement à des situations anormales.

Les modèles de facteurs humains fondamentaux, comme le modèle SHEL (logiciel, matériel, environnement, liveware) et le Dirty Dozen, sont couramment utilisés en matière de sécurité aérienne. Ces cadres rappellent aux concepteurs que le pilote (le «Liveware») doit être l'élément central. Chaque affichage, contrôle, couleur et alerte doit soutenir les capacités sensorielles, cognitives et motrices du pilote.

Les normes de conception des facteurs humains (HF-STD-001B) et AC 25-11 de la FAA offrent des conseils détaillés sur tout, depuis la taille des polices et les rapports de contraste jusqu'aux forces de contrôle et aux enveloppes d'accès. Ces normes ne sont pas facultatives; elles sont fondamentales pour la navigabilité. Les concepteurs doivent également tenir compte de l'effet de démarrage et de l'impact physiologique des manœuvres ou turbulences à haute G, qui peuvent dégrader la précision de lecture et la maîtrise fine du moteur.

Ergonomie et confort physique

Sièges et affectations

Les sièges pilotes sont le fondement du confort. Les longs vols, parfois dépassant 14 heures, exigent que les sièges fournissent un support lombaire adéquat, des accoudoirs réglables et une gamme de mouvements qui permet à la femelle du 5e centile de se rendre au pilote masculin du 95e centile. Le siège doit permettre au pilote d'atteindre confortablement toutes les commandes tout en conservant une vue claire des écrans primaires.

Reach and Control Placement

Dans les cockpits en verre, les commandes matérielles (comme les boutons, les interrupteurs et les boutons) existent toujours aux côtés des écrans tactiles. Appliquer la loi de Fitts – la relation entre la distance, la taille cible et le temps de déplacement – garantit que les commandes les plus utilisées sont grandes et à portée de main. Par exemple, l'engagement du pilote automatique, le réglage radio et la sélection de l'altitude doivent être accessibles sans étirement ni visionnement de longue durée.

Glare, réflexions et éclairage

Les conditions de lumière ambiante changent considérablement pendant un vol, de la lumière vive au départ à l'obscurité totale pendant une nuit sans lune. Les écrans de pilotage en verre doivent avoir une luminosité adaptative et des commandes de contraste, souvent liées à un capteur de lumière ambiante. Les revêtements antireflet et les liaisons optiques réduisent les réflexions internes et externes qui peuvent laver l'information. Une solution de conception commune consiste à monter les écrans sous un « bouclier d'éclat » qui permet de s'amenuiser directement en lumière du soleil.

Température et ventilation

L'environnement du poste de pilotage place souvent l'électronique près du pilote. La surchauffe peut réduire les performances d'affichage et causer des gênes physiques. La ventilation et la gestion thermique des composants générateurs de chaleur (tels que les processeurs et les rétroéclairages) sont essentielles.

Présentation de la charge cognitive et de l'information

Hiérarchie visuelle et codage de couleur

Sur un écran de vol primaire (FPD), la vitesse, l'altitude, l'assiette et le cap sont les « quatre grands » et sont placés au centre avec de grandes polices et un contraste élevé. Les tendances, telles que la vitesse verticale ou le changement de cap, sont affichées avec des arcs ou des bandes pour soutenir une numérisation rapide. Le codage de couleur suit les conventions : red pour les avertissements, amber pour les avertissements, vert pour le fonctionnement normal, et blanc/cyan[ pour les valeurs actuelles. Ces couleurs s'alignent sur des décennies de formation des pilotes, réduisant ainsi la nécessité de réinterpréter l'affichage.

Réduction des clutters et décitrage

Les cockpits en verre modernes permettent aux pilotes de « décrocher » l'affichage, cachant des données secondaires telles que les points de point de plan de vol, le terrain ou les recouvrements météorologiques lorsque ce n'est pas nécessaire. Par exemple, le Garmin G1000 offre des modes de « rétroversion » qui, lors d'une défaillance partielle de l'affichage, ne consolident que les instruments essentiels sur l'écran restant.

Gestion des alertes

Les alertes sont une épée à double tranchant. Une alerte efficace attire l'attention sans surprise. Elle devrait utiliser un schéma de priorisation cohérent : Avertissement (action immédiate, rouge et sonore), Attention[ (action hâtive, ambre et sonore), et Avertissement (information, pas d'urgence). Cependant, trop d'alertes fausses ou de faible priorité créent une fatigue d'alerte, faisant que les pilotes ignorent ou manquent les repères critiques.

Affichage et personnalisation

Aménagement physique

Dans un cockpit en verre typique, le PFD est devant chaque pilote, l'affichage de navigation (ND) est adjacent, et le système d'indication du moteur et d'alerte de l'équipage (EICAS/ECAM) est au centre. Ce « arrangement T » correspond au mouvement des yeux naturels. Certains aéronefs, comme le Boeing 787, utilisent de grands écrans de 15 pouces qui peuvent être reconfigurés par logiciel. Par exemple, un pilote travaillant sur une liste de contrôle non normale peut échanger l'affichage EICAS au centre tout en déplaçant le PFD sur un écran extérieur.

Profils d'utilisateur personnalisables

Les pilotes diffèrent en hauteur, en vision et en préférences personnelles. La personnalisation de la luminosité de l'affichage, de la taille des polices et même de l'arrangement du champ de données (p. ex., le déplacement de l'altimètre vers un endroit privilégié) peut grandement améliorer le confort. Cependant, la personnalisation doit être suffisamment limitée pour éviter la « confusion de mode » dans l'équipage.

Écran tactile vs. Commandes physiques

L'industrie est divisée en deux catégories : les écrans tactiles, qui permettent de gagner du poids et de l'espace, et qui soutiennent les gestes intuitifs (pinceau à zoom sur les cartes). Mais ils présentent aussi des inconvénients : ils peuvent être difficiles à utiliser dans les turbulences, nécessiter une attention visuelle pour des entrées précises et accumuler des empreintes digitales qui dégradent la lisibilité.Une approche hybride – utilisant des boutons physiques ou des boutons pour des fonctions critiques (p. ex., déconnection du pilote automatique, levier de vitesse) et des écrans tactiles pour des tâches d'entrée de données – semble offrir le meilleur équilibre.

Automatisation et charge de travail pilote

Les cockpits en verre permettent de réaliser des niveaux élevés d'automatisation, des simples pilotes automatiques aux systèmes complets. L'automatisation bien conçue réduit la charge de travail sur les tâches courantes, permettant au pilote de se concentrer sur la stratégie et le suivi.

Les lignes directrices sur les facteurs humains encouragent l'automatisation observable (le pilote peut voir ce que l'automatisation fait et pourquoi), prédictable et directement gérable. Par exemple, l'annonciateur du mode pilote automatique sur un AFD montre quels modes sont armés et actifs, et un changement de poussée est indiqué par un changement de barre de direction de vol.

L'une des caractéristiques d'automatisation les plus débattues est la « protection de l'enveloppe » des aéronefs Airbus. Elle empêche le pilote de dépasser les limites structurelles, comme l'angle de décrochage ou la survitesse. Bien que cela améliore la sécurité, elle peut créer de la confusion si le pilote ne comprend pas les limites du système.

Défis dans le domaine des facteurs humains du poste de pilotage du verre

Mode Confusion

La confusion de mode se produit lorsque le pilote croit que l'automatisation est dans un état, mais elle se produit dans un autre.Cela a contribué à plusieurs accidents. Par exemple, l'écrasement du vol 447 d'Air France a entraîné une confusion entre les modes de maintien de l'altitude et de vitesse verticale après une défaillance temporaire du capteur de vitesse.

Surcharge d'information pendant les situations d'urgence

En cas de panne d'un moteur ou de panne d'un système, le poste de pilotage en verre peut générer une cascade de nouvelles mises en garde, avertissements et listes de contrôle. Sans hiérarchisation rigoureuse, le pilote peut se déborder. Les modèles modernes utilisent des « listes de vérification intégrées » qui s'affichent sur l'EICAS/ECAM et guident automatiquement le pilote étape par étape. Ils suppriment également les alertes non essentielles pour réduire la charge cognitive.

Formation et adaptation

La transition entre les postes de pilotage analogiques et les postes de pilotage en verre nécessite un recyclage important.Les pilotes plus âgés peuvent avoir du mal à scruter des habitudes de pilotage de milliers d'heures. Les nouveaux pilotes, élevés sur des smartphones, peuvent avoir des forces cognitives différentes (recherche visuelle rapide) mais des habitudes de vérification croisée manuelle plus faibles.

Orientations futures : Cockpits adaptatifs et intelligents

La recherche sur les facteurs humains est en train de se diriger vers des systèmes d'adaptation qui surveillent l'état du projet pilote.

  • Pour détecter l'attention, la somnolence ou les fixations sur des instruments uniques, le système peut alerter ou recentrer l'information si le pilote est fixé sur un écran pendant une phase critique.
  • Des écrans de head-up de réalité augmentée qui recouvrent directement la trajectoire de vol, le trafic et les informations d'obstacles sur le pare-brise, ce qui réduit le besoin de regarder en bas et en haut les temps de balayage, améliorant ainsi la connaissance de la situation.
  • L'automatisation adaptative qui ajuste le niveau d'automatisation en fonction de la charge de travail du pilote.Par exemple, pendant la charge de travail élevée (p. ex., l'approche interrompue par mauvais temps), le système pourrait automatiquement augmenter l'engagement du pilote automatique et simplifier le décluttage de l'affichage.
  • Le contrôle de la voix et des gestes[ comme modalités d'entrée secondaires pour réduire l'interaction manuelle avec les commandes en turbulence ou lorsque le pilote est occupé.

Cependant, ces innovations doivent être conçues avec soin.Les systèmes adaptatifs risquent d'introduire de nouvelles formes de « confusion de mode » si le pilote ne comprend pas pourquoi l'automatisation change.Ils doivent être prévisibles et facilement insurmontables.Les recherches en cours à la NASA Aviation Facteurs humains et à la FAA continuent d'explorer ces limites.

Études de cas sur les facteurs humains du cockpit de verre

La mise à niveau Garmin G1000

La mise à niveau de milliers d'aéronefs d'aviation générale, des jauges à vapeur au Garmin G1000, a apporté des avantages et des leçons de facteurs humains. Les premiers commentaires des pilotes ont indiqué que les petites polices et le contraste limité dans certaines conditions d'éclairage ont causé un eyetrain. Garmin a répondu par des mises à jour logicielles qui ont permis de faire des polices plus grandes et des palettes de couleurs réglables par l'utilisateur.

Affichages grand format de Boeing 787

Le Boeing 787 a introduit des écrans LCD de 15 pouces qui pouvaient afficher plusieurs fenêtres ou fonctions. Cependant, au début des opérations, certains pilotes ont signalé que le mode « écran fractionné » rendait difficile la lecture rapide d'un seul grand instrument parce que l'écran avait trop d'éléments. Boeing a révisé le logiciel pour permettre un « plein écran » pour tout instrument primaire, et a ajouté un bouton d'accès rapide pour basculer entre les vues.

Conclusion

La conception du confort des pilotes dans les cockpits en verre n'est pas un luxe, mais un impératif de sécurité. En appliquant les principes établis des facteurs humains – la disposition ergonomique, la conception d'informations cognitives, l'automatisation réfléchie et les essais itératifs avec de vrais pilotes – les constructeurs peuvent créer des cockpits qui tiennent les pilotes au courant, informés et capables de fonctionner à leur meilleur, même dans des situations de stress élevé.

Pour plus de renseignements, veuillez consulter la ressource SKYbrary Human Factors, la circulaire consultative 25-11B de la FAA sur la conception électronique du poste de pilotage, et le rapport de l'ANA sur l'interaction pilote avec l'automatisation des postes de pilotage.