1. Introduction

Imaginons qu’un astronaute soit actuellement en scaphandre en train d’explorer la surface martienne, et que le contrôle de mission souhaite qu’il se déplace de quelques centaines de mètres pour examiner une roche. Comment lui fournir une liste d’instructions aussi claire que possible pour qu’il se déplace et rejoigne le point demandé ? Telle est la problématique abordée dans le projet SHARE. Selon les psychologues, il existe classiquement deux styles cognitifs pour exprimer un déplacement. Le premier, dit égocentré, consiste à fournir des informations dans le référentiel de la personne. Par exemple, « tournez à droite après le pont », ou « marchez tout droit sur une centaine de mètres ». Le deuxième, dit allocentré, consiste à se situer dans un référentiel externe à la personne, par exemple « dirigez-vous vers le sud-ouest », ou « au fond de la vallée, un gros rocher blanc est visible ». Quelle est la meilleure stratégie cognitive pour guider un astronaute, égocentrée ou allocentrée ? C’est une des questions centrales du projet.

2. Description de l’expérience

Nous avons exploité des cartes satellites des environnements immédiats du site retenu pour Amadee. La première étape du protocole expérimental consiste à choisir une carte. Sur cette carte est indiqué à l’aide d’une croix le positionnement initial d’un astronaute ayant revêtu un scaphandre et une autre croix pour la destination souhaitée, située à quelques centaines de mètres. Trois instructeurs sont sélectionnés à Innsbrïck au centre de mission (MSC = Mission Support Center).  On distribue à chacun d’eux la carte avec les deux croix. Sans se consulter, chacun dessine sur cette carte un chemin entre les deux croix, puis dispose de 10 minutes pour écrire sur une feuille une liste d’instructions de navigation qui seront fournies à l’astronaute, au moyen d’un message vocal (lecture des instructions).

Dans le désert israélien, un astronaute revêt un scaphandre et se positionne au niveau du point de départ de l’expérience. Il n’a pas de carte. Il reçoit le message par l’écouteur intégré dans le casque et tente de se déplacer vers la destination demandée en suivant les instructions. À tout moment, il peut repasser le message vocal. Lorsqu’il estime être arrivé, les coordonnées GPS sont retenues afin de déterminer la distance par rapport à la destination souhaitée. Puis, il revient au point de départ, et il recommence l’expérience en écoutant le message du deuxième instructeur. Et la procédure est répétée une troisième fois avec le message du troisième instructeur. Après l’expérience, instructeurs et astronautes analogues répondent ensuite à un questionnaire sur leur ressenti, sur les difficultés rencontrées en indiquant également les améliorations potentielles. Enfin, cette expérience est renouvelée plusieurs fois à l’identique quelques jours plus tard en exploitant d’autres cartes, avec donc un autre point de départ et un autre point d’arrivée.

3. Instructions données aux astronautes

Illustrons cette expérience avec un exemple concret. Voici ci-dessous la carte rendue par un instructeur ainsi que les instructions associées :

Analyse des instructions : au début du message, la description de la direction à prendre est allocentrée (sud-sud-est). Puis, on passe à une référence égocentrée : « tourner de 10° à droite », « avancer tout droit », « 80 pas ». Enfin, plusieurs éléments remarquables de l’environnement sont exploités, comme le soleil, la crête, les gros rochers. NB : la carte fournie aux instructeurs a une meilleure résolution que celle qui est affichée ici, il est donc difficile d’interpréter les éléments indiqués.

Voyons la carte et le message d’un autre instructeur pour la même expérience :

Ce message est très différent du premier, mais il exploite également des éléments égocentrés (« traversez le », « continuez le long de … ») et allocentrés (« des lignes similaires au delta d’une rivière »). Il y a moins d’informations de direction et de nombre de pas, mais il exploite un plus grand nombre d’éléments remarquables de l’environnement.

4. Performance de l’astronaute

Dans les deux cas, l’astronaute est arrivé à une cinquantaine de mètres de la position recherchée, ce qui représente une erreur assez importante sur une distance parcourue d’environ deux cents mètres. Les réponses aux questionnaires fournissent des informations particulièrement intéressantes, qui expliquent un tel décalage.

• Premièrement, l’astronaute a indiqué qu’il n’était pas possible de rejoindre la crête comme demandé par les instructeurs, en raison de la pente trop forte. Il a donc essayé de faire au mieux, en empruntant un chemin un peu différent. Cette remarque nous fait comprendre la difficulté d’appréhender l’importance d’une pente à partir d’une image satellite, voire même de déterminer l’existence d’une pente et d’une crête. On peut aisément identifier les falaises, mais une « forte » pente, c’est plus compliqué, d’autant plus qu’un astronaute équipé d’un scaphandre lourd et encombrant n’a pas les capacités de franchissement d’un randonneur.
• Deuxièmement, l’astronaute a signalé à juste titre une possible accumulation des incertitudes de position et d’orientation. Ainsi, en arrivant à la crête avec une erreur de position, puis en effectuant une erreur d’appréciation de quelques degrés sur la direction à prendre, ainsi que sur la distance à parcourir, on arrive au final avec une erreur de position conséquente.
• Troisièmement, il y avait peu d’éléments remarquables dans l’environnement pour aider au positionnement et guidage de l’astronaute. Une sorte de delta de rivière existe, mais sa position est approximative.

On peut noter que la performance obtenue avec la troisième liste d’instructions (non présentée ici) a été bien meilleure, grâce sans doute à une indication concernant le changement de couleur d’une zone proche de la destination. De manière générale, les astronautes ont particulièrement apprécié les instructions qui faisaient référence à des éléments remarquables de l’environnement et qui exploitaient les transitions de couleur entre différentes zones.

5. Bilan

L’expérience SHARE a été menée 5 fois, avec les mêmes instructeurs mais des astronautes différents. Globalement, la tâche d’écriture des instructions a été jugée complexe, notamment parce qu’il y avait peu d’éléments remarquables dans l’environnement. La meilleure stratégie pour guider les astronautes semble être un compromis mêlant à la fois une description égocentrée du chemin à suivre, tout en donnant des informations plus générales au niveau de l’orientation. Il est important de noter qu’il existe des appareils capables de déterminer les directions nord, est, sud, et ouest simplement à partir de la direction du soleil et de l’heure de la journée (il n’y a pas de champ magnétique, donc la boussole ne sert à rien sur Mars). Un tel appareil serait utile à la réalisation de la tâche. Du côté des astronautes, le ressenti général était l’incertitude importante à la fois sur la direction à prendre et sur le nombre de pas à faire. Une suggestion intéressante a été faite par l’un d’eux. Pour éviter le cumul des erreurs lié à la succession d’instructions imparfaitement exécutées, il serait intéressant d’ajouter des indications permettant une relocalisation de l’astronaute. Par exemple, « lorsque vous arriverez à ce point intermédiaire, vous devriez voir au sud-est à une centaine de mètres un alignement de trois rochers blancs. » Cela permet à l’astronaute de tenter un repositionnement. Enfin, le projet a été apprécié par les instructeurs et les astronautes analogues, qui ont exprimé un besoin de s’entrainer à ce type de tâche, d’une part pour améliorer l’interprétation des caractéristiques du terrain à partir de l’étude d’images satellites et d’autre part pour habituer les équipes de Mission Control et les astronautes à partager un même vocabulaire et une même compréhension des difficultés de la tâche.

L’équipe du projet était constituée de Thomas Holstein et Adriana Couffrant, étudiants à l’Ecole Nationale Supérieure de Cognitique (ENSC), Baptiste Prébot post-doctorant, et Jean-Marc Salotti, professeur à l’ENSC. A noter qu’en parallèle, des études similaires ont été réalisées en réalité virtuelle, en exploitant le logiciel Explore Mars, qui permet de contrôler un rover se déplaçant dans une simulation 3D de la surface martienne. Cette expérience complémentaire a beaucoup aidé à appréhender les problématiques de l’expérience SHARE.