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Écrit par
Renaud Deborne
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Thesee
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ÉCOLE CENTRALE DES ARTS
ET MANUFACTURES
« ÉCOLE CENTRALE PARIS »
THÈSE
Présentée par
Renaud DEBORNE
Pour l’obtention du
GRADE DE DOCTEUR
Spécialité : Mathématiques Appliquées
Laboratoire d’accueil : Mathématiques Appliquées aux Systèmes
Sujet : Modélisation de l’adaptation des conducteurs au comportement du véhicule et
expérimentations sur simulateur
Soutenue le 19 juin 2009
Devant un jury composé de :
Dr. Cournède Paul-Henry Président
Pr. Merienne Frédéric Rapporteur
Pr. Mestre Daniel Rapporteur
Dr. Kemeny Andras Co-directeur de thèse
Dr. Saguez Christian Co-directeur de thèse
Dr. Reymond Gilles Examinateur
2009 -ECAP0019
tel-00453301, version 1 - 4 Feb 2010tel-00453301, version 1 - 4 Feb 2010iii
A mon oncle Hubert
tel-00453301, version 1 - 4 Feb 2010iv
tel-00453301, version 1 - 4 Feb 2010Remerciements
A mes directeurs de thèse
Je remercie Andras Kemeny de m’avoir accueilli au Centre Technique de
Simulation de Renault et de m’avoir offert l’opportunité de travailler sur des
domainesainsirichesquediversifiésmaiségalementd’êtreassociéàuneéquipe
performante, développant des outils exceptionnels. Je remercie Christian Sa-
guez de m’avoir accueilli au sein de son Laboratoire de Mathématiques Appli-
quées aux Systèmes de l’Ecole Centrale Paris.
Aux membres du jury
Je remercie Gilles Reymond de m’avoir guidé tout au long de ces quelques
années. La pertinence de ses remarques et de ses conseils ainsi que sa dispo-
nibilité m’ont permis de mener à bien mes recherches. Je remercie Paul-Henry
Cournèded’avoirsuivimontravail,dem’avoirprodiguédeprécieuxconseilset
d’avoir su m’encourager. Pour cela je lui suis sincèrement reconnaissant. Je re-
mercie messieurs Frédéric Mérienne et Daniel Mestre pour avoir eu l’amabilité
d’accepter d’être les rapporteurs de mon travail de thèse.
A mes collègues, passés et présents
Je remercie Olivier Pape, Wisama Khalil, Matjaz Colnaric, Bojan Hadjar,
Rok Ostrovrsnik, Domen Verber, Matej Sprogar, Roman Gumzej et Stanko
Moraus pour m’avoir initié et donné goût à la Recherche, qu’elle soit universi-
taire ou industrielle. Je remercie Erwin Boer pour les différents échanges que
nous avons pu avoir sur mon travail et l’intérêt qu’il a porté à celui-ci. Je
remercie Sylvie Dervin, Catherine Lhôpital et Géraldine Carbonelle pour leur
sympathie,leursencouragementsetleurincroyableefficacitédansl’aidequ’elles
m’ont apporté pour la gestion des différents aspects administratifs de mon tra-
vail. Je remercie Jean-Christophe Collinet pour avoir su faire preuve d’autant
decompréhension,deflexibilitéetsurtoutd’empathiepourquejepuissemener
v
tel-00453301, version 1 - 4 Feb 2010vi
à son terme mon travail de thèse tout en combinant mon activité au sein de
son équipe. Je remercie mes différents collègues du Centre Technique de Simu-
lation de Renault et de l’Ecole Centrale Paris. Merci à Agnès, Arnaud qui a eu
la patience de relire mon travail, Benjamin, Benoît, Christian, Damien, Emi-
lie,Frédéric,Gilles,Hakim,Jean-Charles,Serge,Stéphanie,Stéphanie,Manuel,
Matthieu, Mehmet, Mohammed, Olivier, Philippe, Slim, Sophie, Thierry, Tho-
mas,Maxime,Mamy,AnneetmesstagiairesAdrienetEmmanuelpourm’avoir
accompagné tout au long de ces années et des liens que nous avons pu tisser.
Je tiens aussi à remercier mes deux codétenus de vignette, Emmanuelle Combe
et Nicolas Filliard, pour nos nombreux échanges aussi bien d’ordre scientifique
qu’existentiel mais aussi pour leur soutien, je leur témoigne mon amitié la plus
sincère.
A mes amis
Merci en particulier à Alain, Arnaud, Cédric, Cahuète, Florian, Julien, le
trio angevin (Frédéric, Romain, Sébastien), Ludovic, Onur, Nell, Pascal, Paul,
Sylvie,SylvieetSamuelainsiqueceuxquej’auraipuoublié.Mercisincèrement
à l’enseigne de vaisseau deuxième classe David. Merci infiniment à Elisabeth
dontjenemesurepasencoretouslesbienfaitsqu’ellem’aapportés.Jeremercie
évidement les vétos, pour leur amitié, leur patience et la fraîcheur qu’ils ont
su m’apporter, merci encore à Béatrice et Damien, Caroline et Bilou, Dana,
Elodie et Olivier, Moon qui finira sa thèse j’en suis sûr et Ludovic, Sarah et
Sylvain. Merci aux anciens de Stan, Benjamin pour nos nombreuses réflexions
etpoursonécoute,CoucouletNathalie,JulienetCéline,PoufetAurélieetma
petite sœur Florence.JeremercieArnaudAndrieuxpoursonamitiéindéfectible
qu’il me témoigne depuis bientôt treize ans, pour ses encouragements durant
les moments difficiles, pour avoir finalement toujours su être là. Merci aussi à
Marie-Emilie.
A ma famille
Je remercie enfin mes parents, Francine et Olivier, mon frère Benoît, Séve-
rine, mes grands-parents, Paulette et Yvon pour m’avoir accompagné, guidé et
encouragédansmeschoixtoutaulongdecesannées.Jelesaimeprofondément.
Mes pensées vont aussi à Marie et André que je n’ai malheureusement pas ou
trop peu connu.
tel-00453301, version 1 - 4 Feb 2010Résumé
Lorsqu’unconducteurprendenmainunnouveauvéhicule,celui-cirisquede
présenter un comportement routier différent. Pour autant cela ne nécessite pas
d’apprentissage particulier de la part du conducteur et il sera très rapidement
capable de maîtriser ce véhicule. Cet acte anodin révèle une capacité propre
auxsystèmesbiologiquesquis’étendpourl’êtrehumain,bienau-delàduchamp
spécifique de la conduite automobile. En effet, nous sommes dans nos gestes
quotidiens confrontés continuellement à un environnement changeant. Nos ca-
pacités d’apprendre confèrent à nos connaissances sur le monde et sur notre
interaction avec celui-ci une plasticité qui se révèle essentielle. Mais ces capa-
cités ne sont pas infinies et la détermination de leurs limites présente un réel
défi pour les constructeurs automobiles qui proposent de plus en plus fréquem-
ment des systèmes embarqués pouvant modifier le comportement dynamique
duvéhicule.Parailleurs,l’étudedel’adaptationd’unconducteuràuncompor-
tement imprévisible du véhicule ou d’un de ses systèmes d’aide à la conduite
peut se révéler complexe à mettre en place, coûteuse en instrumentation voire
dangereuse. L’avènement des outils de simulation et de réalité virtuelle permet
aujourd’hui de contourner certaines de ces limitations. Toutefois, la conduite
d’expérimentations exhaustives quant aux types d’évènements possibles avec
un nombre de sujets suffisamment important pour être pertinent en regard de
la diversité des profils de conducteurs est impossible. L’utilisation de modèles
de comportement du conducteur est donc nécessaire. Cependant de tels mo-
dèles dotés de de capacités adaptatives sont encore trop peu nombreux.
De ce constat nous nous proposons dans cette étude d’établir un modèle de
conducteur ayant la propriété de pouvoir intégrer des modifications de l’envi-
ronnement. Plusieurs hypothèses existent sur la manière dont le système ner-
veuxcentralpeutréagiràdetelsévènements.Nousidentifionsenparticulierla
stratégiedemiseàjourdemodèleinterneetcelledemodulationdel’impédance
des membres. Nous intégrons au sein de notre modèle ces deux stratégies afin
de lui conférer une certaine cohérence physiologique mais aussi pour en étudier
les performances propres. Nous proposons alors une méthodologie pour l’étude
vii
tel-00453301, version 1 - 4 Feb 2010viii
de l’adaptation sensorimotrice des conducteurs que nous appliquons au cas de
la conduite en virage. Nous établissons ainsi un nouveau modèle adaptatif de
la tâche de conduite pour le contrôle latéral. Nous proposons également une
calibration des différents paramètres de ce modèle. Nous réalisons alors deux
expérimentations mettant en lumière les capacités d’adaptation des conduc-
teurs. Puis, nous montrons de quelle manière notre modèle permet d’apporter
des éléments de