Maîtrise des facteurs humains

Introduction

Les "facteurs humains" sont souvent invoqués comme causes premières des erreurs de conception, de réalisation ou d'organisation, avec comme conséquences de simples retards ou des accidents dramatiques comme celui de la navette spatiale Challenger. Dans l'espace ou sur Mars, dans un contexte environnemental dangereux, l'erreur humaine peut être fatale. Il convient donc d'y prêter une attention particulière et de faire au mieux pour réduire les risques qui y sont associés.

Figure 1 : Le NASA Safety Center (NSC) étudie les facteurs humains lors de simulations en piscine.

Selon Endsley, les erreurs humaines résultent d'une mauvaise décision due à une conscience de situation dégradée. Ce modèle est présenté au chapitre 1 (Endsley 2016). Pour éviter les erreurs, comme cela est suggéré par l'étude du modèle de Endsley, on peut agir à plusieurs niveaux :

• La conception des systèmes et des interfaces qui doivent être certifiés pour le vol (on parle de certification "man rated") et adaptés aux besoins et usages des astronautes. Ces points sont développés au chapitre 2.
• La sélection des astronautes. Les tests de sélection permettent de ne garder que ceux qui n'ont pas de problème d'attention, de mémorisation, de raisonnement, ou qui ne sont pas stables du point de vue psychologique. La problématique de la sélection des astronautes n'est pas abordée plus en détail ici. Un article dédié lui sera consacré ultérieurement.
• L'acquisition ou le renforcement de compétences comportementales, illustrées figure 1 avec un entrainement en piscine au NASA Safety Center. Ces compétences sont détaillées au chapitre 3.

Enfin, le chapitre 4 résume les recommandations spécifiques faites par l'équipe de Kanas et al, experts facteurs humains internationalement reconnus, pour les voyages spatiaux de longue durée (Kanas et al, 2009).

Remarque : de nombreuses études en lien avec les facteurs humains ont été menées depuis les premières stations spatiales, Mir, Skylab, ISS, lors de l'expérience Mars 500 en Russie, ou lors des nombreuses missions en environnement analogue, que ce soit dans le cadre des missions organisées par la Mars Society dans le nord canadien ou dans le désert de l'Utah, lors de l'expérience réalisée à Hawaï, ou lors des missions organisées par l'OEWF (agence spatiale autrichienne) par exemples à Rio Tinto en Espagne, dans le désert algérien ou dans le désert israélien. Un autre article y sera consacré.

1.    Modèle de conscience de situation de Endsley

La prise de décision dépend de nombreux facteurs. Une vision statique (qui ne tient pas compte de la dynamique temporelle) est présentée figure 2 (Salotti 2025). Le choix d'une action dépend en particulier de la perception (informations perçues par les sens, y compris celles qui sont communiquées par d'autres personnes), de l'expertise, de variables relevant de la psychologie, mais aussi de la sociologie (par exemple les liens hiérarchiques) et de la physiologie (fatigue, faim, soif, douleurs, etc.). Le contexte, en particulier les événements importants qui ont précédé (conflit avec une autre personne, accident la veille, préparation insuffisante, etc.) peut jouer un rôle important. On peut noter que la formation peut impacter l'expertise ainsi que le comportement général, ce qui justifie le développement de compétences comportementales (voir chapitre 3).

Pour tenir compte de la dynamique de la décision, il convient d'introduire une boucle entre l'action et la perception, comme cela est proposé par Endsley (ENdsley 2016), qui propose un focus particulier sur la conscience de la situation, voir figure 3.

La conscience de la situation se caractérise par 3 éléments fondamentaux :

• Une bonne perception de l'environnement.
• Une bonne compréhension de la situation courante, c'est-à-dire la connaissance des principales variables du problème.
• Une bonne projection dans le futur, autrement dit une estimation correcte de l'évolution dans le temps des principales variables du problème.

Par exemple, lors de la manœuvre d'amarrage d'un Soyouz à l'ISS, l'astronaute qui effectue l'approche en manuel doit avoir un bon visuel sur la station et sur les cadrans du tableau de bord (bonne perception). Il doit également être conscient de la distance restante, de sa vitesse actuelle, de son orientation, d'éventuelles rotations parasites, tout cela relativement à des valeurs de référence qu'il doit connaître (compréhension de l'état courant). Enfin, il doit correctement anticiper ce qui va se passer dans les secondes ou minutes à venir, notamment le ralentissement progressif au fur et à mesure que la capsule se rapproche, les nouvelles valeurs de vitesse vers lesquelles il faudra converger et la marge de manœuvre temporelle pour exécuter ce ralentissement.

Toujours selon Endsley, il existe 8 "démons" qui dégradent la conscience de situation et qu'il faut donc éviter (Endsley 2016, pages 50-51):

De nombreux démons sont liés à des erreurs au niveau de la conception des systèmes, ce qui justifie la certification "man rated" et les recommandations présentées au chapitre 2.

De manière similaire à ce qui se fait en aéronautique pour l'entrainement des pilotes, pour l'entrainement des astronautes, on peut privilégier les scénarios tests dans lesquels on facilite l'apparition de ces "démons" pour vérifier que les astronautes sont capables de s'adapter et de prendre les bonnes décisions.

2.    Recommandations pour la conception des systèmes

2.1   Accidentologie

La certification "man rated" des systèmes spatiaux et de nombreuses recommandations découlent de l'accidentologie et de l'analyse facteurs humains. Voici quelques exemples illustratifs :

• Alexei Leonov, première sortie extravéhiculaire. Le cosmonaute ne parvient pas à revenir dans la capsule, car la combinaison a beaucoup gonflé. Solution : en dehors de toute procédure, un bouton lui permet de dépressuriser partiellement, ce qui réduit le volume du scaphandre et lui permet de réintégrer la capsule.
• Accident d'Apollo 1. Les 3 astronautes en entrainement dans une capsule Apollo meurent brûlés après qu’une étincelle ait entrainé la combustion soudaine et totale de l’air composé d’oxygène pur. Mise en tension par la NASA au niveau des dates de rendu, l’entreprise qui avait conçu la capsule n’avait pas pris le temps de tester les systèmes en oxygène pur à la pression de 1 bar.
• Mission d'Apollo 13. Après explosion du réservoir d'oxygène, le module de service n’est plus exploitable. Un retour vers la Terre est mis en œuvre en exploitant le module lunaire, qui n’était pas du tout prévu pour un tel usage.
• Luca Parmitano, sortie en scaphandre à l'extérieur de la station spatiale (figure 4). L’astronaute Luca Parmitano a failli mourir noyé dans sa combinaison spatiale, car de l’eau provenant de son système de climatisation avait réussi à se frayer un chemin jusqu’à son casque. Personne n’a été en mesure de comprendre la situation, alors qu’une alerte avait eu lieu lors d’une sortie précédente. Les spécialistes pensaient que l’eau provenait de la respiration ou de la boisson accessible par une pipette et ont largement sous-estimé le danger.

Il y a deux principales leçons à tirer de ces événements. La première est que les systèmes conçus par les humains ne sont jamais fiables à 100%, car il n’est pas possible de comprendre et maîtriser tous les paramètres physiques et les conditions environnementales, et la deuxième est que les humains ont une grande capacité d'adaptation pour résoudre les problèmes. Il faut donc tester avec la plus grande rigueur tous les systèmes, avoir si possible des systèmes redondants et tolérants aux pannes, mais il faut également prendre en considération les interactions humains systèmes pour faciliter la capacité d’intervention et d’adaptation.

2.2 Certification "Man Rated"

La certification "man rated" (pour le vol habité) découle des principes précédemment évoqués :

• Tolérance à la double panne. Par exemple 3 batteries au lieu d’une et tolérance d’un système à la défaillance de 2 sous-systèmes (éviter la dépendance de fonctionnement entre les systèmes et le cumul des pannes).
• Software testé de manière exhaustive. Ceci implique en particulier que le software ne soit pas trop complexe, car il serait impossible de le tester de manière exhaustive. On peut noter que les techniques à base d'intelligence artificielle, particulièrement complexes, rentrent dans cette catégorie.
• Tests « flight proven » (qualifié par un test en vol) : les systèmes doivent être testés au préalable dans des conditions similaires à celles qui sont prévues pour la mission. Pour les missions martiennes habitées, ceci implique notamment qu'il faut

  • Tester dans l'espace le vaisseau intégrant le module habité et vérifier son usage pendant une durée au moins égale à celle qui est prévue pour la mission. Un test de longue durée en orbite terrestre parait donc incontournable, notamment pour les systèmes de support de vie.
  • Tester les systèmes servant à l'entrée, descente et atterrissage sur Mars dans des conditions similaires à celles de la mission. Ceci implique des tests grandeur réelle avec la même masse à faire atterrir.
  • Tester le vaisseau qui doit remonter de la surface.
  • Tester le vaisseau du retour s'il est différent de celui de l'aller.
  • Tester la rentrée finale du vaisseau de retour.

2.3   Recommandations complémentaires de la NASA

Le retour d'expérience des accidents et incidents divers qui ont jalonné la conquête spatiale ont amené les responsables de la NASA à émettre les recommandations suivantes concernant les interactions humains systèmes :

• Le retour au contrôle manuel doit être possible pour les manœuvres importantes.
• Les informations concernant les paramètres de vol, les conditions environnementales, l’état exact des systèmes ainsi que la dynamique en cours doivent être accessibles et disponibles en temps utile pour les astronautes.
• Dans la mesure du possible, chaque système et sous-système doit pouvoir être arrêté et les automatismes doivent pouvoir être reprogrammés.

L'accident de Challenger a eu pour origines un manquement au niveau des exigences fonctionnelles et une dilution des responsabilités (figure 5). La commission Rogers, qui a analysé l'accident, a conduit la NASA à porter une plus grande attention sur les risques et les exigences qui en découlent et à adopter un changement organisationnel avec une définition claire de la chaine des responsabilités.

Remarque importante : la commission recommandait également à la NASA de trouver des solutions pour intégrer un système d'évacuation d'urgence dans la navette. Rappelons que tous les lanceurs habités actuels comportent au-dessus de la capsule une microfusée permettant une éjection rapide en cas de défaillance critique du lanceur durant les premières minutes du vol. Or, il n'est pour l'instant pas prévu d'équiper le Starship de Space X d'un tel système, ce qui risque de poser problème pour la qualification "man rated" du lanceur.

3. Compétences comportementales

La NASA entraine les astronautes pour améliorer leurs compétences comportementales, par exemple lors de la simulation d'une réparation de panneaux solaires effectuée en piscine avec la reproduction d'un module de l'ISS. Les compétences recherchées sont liées à une bonne gestion des paramètres personnels physiologiques, psychologiques, cognitifs et sociologiques, ainsi qu'à l'efficacité de la communication, la résolution de problème et le travail en équipe (NASA 2008). Ces compétences se déclinent en 11 catégories avec de nombreuses sous-catégories :

1. Autoévaluation

   • dentification de tendances personnelles dans les comportements et de leur impact.
   • Identification des facteurs personnels impactant la réussite ou l’échec.
   • Recherche de feedback pour améliorer ses comportements.
   • Evaluation de ses propres compétences en regard de la tâche.

2. Gestion du stress

   • Identifie les symptômes et les causes du stress personnel
   • Agit pour empêcher ou réduire le stress, la mauvaise humeur ou le découragement.
   • Adopte un comportement calme et réfléchi dans les situations inhabituelles.

3. Attention à soi-même

   • Réfléchit à ses erreurs pour progresser.
   • Maintient des relations sociales.
   • Maintient des objectifs personnels adaptés à ses compétences.
   • Maintient un équilibre entre le travail, le repos et la vie privée.

4. Recherche de l’efficacité

   • Définit des objectifs ambitieux mais raisonnables.
   • Adopte une stratégie pour la gestion du temps.
   • Maintient son espace de travail organisé.

5. Efficacité de la communication

   • Communique ses informations clairement et de façon concise.
   • Partage les informations importantes.
   • Communique ses intentions avant d’agir.
   • Communique sur l’état de la tâche et son degré d’achèvement.
   • Fournit un retour constructif.
   • Ajuste son temps et son style de communication au contexte.
   • Vérifie la bonne compréhension de ses messages personnalisés
   • Etablit une atmosphère ouverte et constructive avec autrui.
   • Effectue un briefing et un débriefing sur les points clés avec les membres de son équipe.
   • Démontre une écoute attentive.
   • Aborde spontanément tout problème de communication.
   • Cherche à obtenir une réponse de manière proactive.
   • Vérifie les informations imprécises ou incertaines.
   • Admet spontanément une confusion ou une incompréhension.
   • Résout les désaccords, les confusions et les incompréhensions respectueusement.

6. Adaptation culturelle

   • Démontre le respect de la culture et des points de vue des autres membres de l’équipe.
   • Respecte les différences et les usages culturels en présence de membres de sexe opposé.
   • Interprète l’originalité de certains comportements grâce à ses connaissances des autres cultures.
   • Accepte les différences organisationnelles, procédurales et culturelles proposées par l’équipe dirigeante.
   • Ne cherche pas à trouver des raisons d’ordre culturel pour expliquer des difficultés.
   • Montre de l’intérêt pour les différences culturelles.
   • Développe une stratégie pour mieux se faire comprendre par des membres de culture différente.
   • Communique respectueusement et patiemment avec des gens maîtrisant moins bien sa langue et les usages de communication.
   • Fournit un effort pour apprendre et parler la langue de ses collègues.
   • Reste réservé sur ses valeurs patriotiques, politiques ou religieuses.

7. Travail en équipe

   • Adopte un esprit de collaboration plutôt que de compétition.
   • Reconnait sa part de responsabilité dans les erreurs observées.
   • Place les objectifs communs au-dessus des objectifs personnels.
   • Travaille spontanément avec son collègue pour gagner en efficacité.
   • Respecte le rôle attribué à chacun et le partage des tâches.
   • Manifeste de l’empathie en restant respectueux.
   • Fournit une aide émotionnelle (encouragement) à ses coéquipiers.
   • Invite ses collègues à participer aux activités d’équipe.
   • Développe des relations franches ou amicales avec ses coéquipiers.
   • Adapte ses habitudes de vie pour améliorer la cohésion du groupe.
   • Se porte volontaire pour les tâches répétitives ou peu plaisantes.
   • Offre ses services ou son assistance à bon escient.
   • Trouve un équilibre entre ses besoins ou envies et ceux des autres.
   • Partage ses succès avec les autres membres de l’équipe.

8. Leadership

   • Accepte les responsabilités.
   • Répartit les tâches en fonction des capacités et des préférences de chacun.
   • Répartit les tâches en fonction d’objectifs clairs.
   • Adapte son attitude (commande / décision collaborative …) à la situation.
   • Répond aux questions, suggestions et sollicitations des autres membres.
   • Maintient la cohésion du groupe dans les situations délicates en gérant les priorités.
   • Fournit des directives, des informations et des encouragements de façon opportune.
   • Montre l’exemple.
   • Soutient le responsable. Verbalise son engagement.
   • Réagit promptement à une situation délicate en absence de directive claire.
   • Planifie les activités et établit des priorités.
   • Adapte le planning en fonction des progrès et des nouvelles conditions.
   • Vérifie que chaque membre a les outils adéquats et les autorisations nécessaires.

9. Gestion de conflit

   • Discute des sources potentielles de conflit de manière préventive.
   • Evite les désaccords par une gestion respectueuse des relations humaines.
   • Etablit l’analyse approfondie des facteurs d’un conflit avec les membres impliqués.
   • Adapte la stratégie de gestion du conflit pour résoudre le désaccord.
   • Accepte l’échange des points de vue et des positions de chacun.
   • Cherche une solution acceptable par tout le monde.
   • Garde son calme à tout moment.
   • Focalise son attention sur l’objet du conflit et non sur les personnes impliquées.
   • Exerce le rôle de médiateur neutre entre 2 membres en désaccord.
   • Cherche un accord formalisant la fin du conflit de manière positive.

10. Conscience de situation

    • Contrôle régulièrement les personnes, les systèmes et l’environnement.
    • Contrôle de soi-même et d’autrui pour les signes de stress, fatigue et d’aptitude générale.
    • Réduit les distractions lors des tâches opérationnelles.
    • Maintient sa vigilance sur les conditions environnementales en même temps qu’il se focalise sur une tâche ou un problème.
    • Maintient la vigilance requise pour les charges de travail faibles ou fortes.
    • N’hésite pas à solliciter autrui pour exécuter les tâches critiques ou complexes.
    • Analyse l’information disponible pour déterminer la pertinence opérationnelle.
    • Evalue l’impact de ses actions, de ses plans et de ses décisions sur autrui.
    • Anticipe les difficultés potentielles. Vérifie que l’équipe est prête à entrer en phase opérationnelle.
    • Communique quand la tâche semble mal se passer.
    • Identifie et résout les problèmes de données ou informations contradictoires.

11. Prise de décision et résolution de problèmes

    • Adopte une stratégie de résolution de problème lors d’une situation stressante.
    • Implique les coéquipiers pour aider au processus de décision.
    • Etablit une liste aussi claire et complète que possible des faits tangibles.
    • Considère différentes options pour résoudre le problème.
    • Evalue les risques et les bénéfices de chaque option.
    • Décide in fine de l’option à suivre.
    • Met en application la décision prise.
    • Vérifie les résultats de l’action décidée et si besoin, réitère le processus.

Pour chacune de ces compétences, la NASA a développé des indicateurs spécifiques permettant des mesures quantitatives effectuées pendant la simulation ou a posteriori (délais dans les actions ou les réponses, questions posées après la simulation par exemples). Il n'est pas possible de tout tester en même temps. Des scénarios sont élaborés pour tester certaines compétences en particulier.

4.    Recommandations issues des travaux de Kanas et al

Voici les recommandations faites par l'équipe de Kanas et al pour les futurs voyages spatiaux de longue durée (Kanas et al 2009).

4.1 Sélection

Outre les critères médicaux (NASA 2021) et les compétences techniques, les astronautes seront sélectionnés parmi des personnes très motivées avec de bonnes stratégies d'adaptation. Il est essentiel de choisir des personnalités psychologiquement compatibles. Des tests internationaux pourraient aider à évaluer la compatibilité interpersonnelle et les capacités de travail en groupe, comme le test Homeostat utilisé en Russie (Vinokhodova 2012).

4.2 Entraînement

Les agences spatiales devraient :

• Organiser des entraînements en équipe en conditions extrêmes (alpinisme, désert, etc.) pour renforcer la cohésion.
• Faire en sorte que les équipages s’entraînent ensemble longtemps avant le vol.
• Intégrer le personnel au sol dans l’entraînement pour améliorer la communication et la cohésion.
• Proposer des formations sur la sensibilité culturelle et les comportements en groupe, données par des experts en sciences sociales.
• Adapter des programmes de formation sur la communication et la résolution de conflits issus de l’industrie (comme CRM dans l’aviation), en tenant compte des différences culturelles et linguistiques.
• Consulter les équipages sur des aspects opérationnels (logistique, répartition du travail, loisirs) pour prévenir les conflits.

4.3 Surveillance et soutien

Des procédures standardisées devraient être mises en place pour surveiller en continu les interactions et la performance des équipages en vol. En Russie, des analyses de la voix, du contenu des échanges et des expressions faciales ont fourni des données utiles sur l'état psychosocial des équipages. Cependant, cela est moins applicable aux missions lointaines (comme sur Mars), en raison de la distance, des retards de communication et de la nécessité d’autonomie accrue.

4.4. Réadaptation à la vie terrestre

Après la mission, une stratégie de soutien émotionnel et de réintégration familiale doit être mise en place. Les psychologues spatiaux facilitent ce processus pour maintenir une bonne dynamique entre membres d’équipage et avec leurs proches.

4.5 Études complémentaires nécessaires

Les membres d’équipage travaillant sur la Lune ou en mission vers Mars seront plus autonomes et moins dépendants du contrôle au sol que ceux en orbite. Des recherches sont nécessaires pour étudier les effets de cette autonomie accrue pendant les missions spatiales.

Conclusion

Les facteurs humains, qu'ils soient de nature physiologique, psychologique, sociologique ou cognitive, doivent impérativement être pris en compte dans la conception de tous les systèmes et sous-systèmes, ainsi que dans la préparation et la mise en œuvre des missions martiennes habitées. La certification man rated et les recommandations faites par les experts précisent comment y parvenir. Pour la feuille de route, il parait incontournable de procéder à un test d'usage de longue durée en orbite terrestre du module habité, dans des conditions aussi proches que possible des conditions attendues pour la mission. C'est rendu nécessaire, d'une part pour qualifier les systèmes, notamment les systèmes de support de vie et les contre-mesures pour éviter les problèmes liés à la microgravité, et d'autre part pour mieux comprendre les problématiques facteurs humains d'un séjour long loin de la Terre, avec un confinement important, une communication en différé avec les équipes au sol et une grande autonomie de l'équipage.

Références

(Endsley 2016) Endsley, Mica R., and Debra G. Jones. 2016, Designing for Situation Awareness, pages 50–61. CRC Press.

(Kanas et al 2009) N. Kanas, G.Sandal, J.E.Boyd, V.I.Gushin, D.Manzey, R.North, G.R. Leon, P.Suedfeld, S.Bishop, E.R.Fiedler, N.Inoue, B.Johannes, D.J. Kealey, N.Kraft, I.Matsuzaki, D.Musson, L.A.Palinkas, V.P.Salnitskiy, W.Sipes, J.Stuster, J.Wang, "Review: Psychology and culture during long-duration space missions", Acta Astronautica 64 (2009) 659–677.

(Vinokhodova 2012) Vinokhodova, A.G., Gushchin, V.I., Eskov, K.N. et al. Psychological selection and optimization of interpersonal relationships in an experiment with 105-days isolation. Hum Physiol 38, 677–682 (2012).

(NASA 2008) ‘International Space Station Human Behavior and Performance Competency Model’, NASA/TM–2008–214775, Vol. 2, Langley, USA.

(NASA 2021) D. Francisco, Astronaut Medical Standards, Selection and Annual Certification, NASA report OCHMO-STD-100.1A, Office of the Chief Health and Medical Officer, 2021.

(Salotti 2025) Jean-Marc Salotti, Polycopié du cours Facteurs Humains et Ingénierie Cogntique, Ecole Nationale Supérieure de Cognitique, Bordeaux INP, Talence, 2025.

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