Groupes de collègues onepoint autour d'une table en train de brainstormer

23 février 2020

9min

Que comprendre par recherche scientifique ?

Afin de comprendre et d’expliquer le monde qui nous entoure, les scientifiques du monde entier suivent une méthodologie appelée « démarche scientifique« 

Cette démarche s’applique dans tous les domaines des sciences : neurosciences, sciences cognitives, psychologie, biologie, physique, chimie, informatique mathématiques, sciences humaines et sociales etc…

Ce concept de démarche scientifique, surtout dans un contexte industriel, fait naître de nombreux questionnements sur le monde de la recherche et son application concrète. En effet, cette alliance recherche-entreprise dans le privé reste encore aujourd’hui une idée assez énigmatique.

Au vu du développement du pôle R&D au sein de onepoint, c’est l’occasion pour Thomas Galais et Ikram Chraibi Kaadoud collaborateurs bordelais, de faire un point sur cette fameuse démarche scientifique à travers un exemple sur la réalité virtuelle.

Recherche vs recherche scientifique

Avant d’aller plus loin, il est important de distinguer le terme « recherche », qui est utilisé dans le langage courant, de la recherche scientifique.

Au sens large du terme, la recherche désigne toute action de collecte de données. A ce titre, naviguer sur internet, Twitter ou Facebook est une sorte de recherche !

La recherche scientifique s’inscrit quant à elle dans une autre dimension : elle consiste en un ensemble de protocoles et de lignes directrices strictes qu’il est important de respecter à la lettre afin de mener une expérience scientifique valable. Sans cela, nos découvertes ne valent pas grand-chose aux yeux de nos pairs, les chercheuses et chercheurs de la communauté scientifique et ce, à un niveau international.

C’est d’ailleurs un point important de la recherche : chaque travail est soumis à l’œil avisé d’un comité scientifique d’experts dans le domaine traité. Ce comité peut le décortiquer et le critiquer avant de le valider ou de l’invalider. On devient chercheur par l’interaction et la reconnaissance des pairs, d’où l’importance de comprendre et d’adopter une démarche scientifique !

Mais qu’est-ce que la recherche ou démarche scientifique concrètement ?

Métaphoriquement parlant, la structure de la recherche scientifique reprend celle d’un sablier.

Il s’agit de partir d’un champ d’investigation très large pour resserrer ensuite le champ de nos recherches sur un ou des aspects très spécifiques.

Une fois que ces aspects plus spécifiques ont été étudiés, le champ de recherche se réouvre sur des perspectives de poursuite de ces travaux. Il s’ouvre également aux échanges et collaborations avec d’autres chercheurs qui seraient intéressés par le sujet et les réflexions qui en découlent.

La recherche scientifique se déroule en plusieurs étapes :

1 – Observation(s)

Pas de recherche scientifique sans une observation et un questionnement d’ordre général. Souvent issus de la curiosité du chercheur, ces interrogations sont le déclencheur d’un travail de recherche.

Dans le cadre d’une équipe de recherche, les collaborateurs, tous profils confondus, peuvent également participer à l’émergence de l’axe de recherche à travers leur partage d’expérience, de retour de terrain ou d’échange avec les clients, ou prospect.

Dans le cas des travaux de recherche de Thomas, c’est le retour d’expérience de collaborateur en réalité virtuelle qui l’a amené à se questionner sur les interactions en réalité virtuelle : la difficulté de prise en main des outils d’interaction en réalité virtuelle rendent ce type de technologie difficilement accessible ou laborieuse à déployer.

Une question s’est alors imposée à nous : en réalité virtuelle, est-il possible d’interagir de manière plus naturelle ? Pour répondre à cette question, nous avons entamé une revue de la littérature

2 – Revue de littérature

Cette seconde étape connue aussi sous le nom de « Bibliographie » ou « Etat de l’art », est incontournable.

En effet, pour trouver des réponses au questionnement initié précédemment, tout travail de recherche débute par une étude approfondie de travaux d’autres chercheurs qui se sont posés les mêmes questions, soit dans les mêmes domaines (mais avec des prismes différents) soit dans un domaine complètement éloigné, mais qui s’inscrit en tout point dans la lignée de notre questionnement.

Au fil de nos lectures et de l’analyse des travaux réalisés, nous construisons notre réflexion. Chaque article scientifique étudié et décortiqué devient une brique de cette réflexion. Cela nous permet d’identifier les manques, les choses qui n’ont pas encore été découvertes ou testées et ce qu’il reste à démontrer.

Finalement, cette étape permet de resserrer notre questionnement sur un aspect très spécifique qui n’a pas encore été étudié.

Dans le cas des travaux de recherche de Thomas, la bibliographie lui a permis :

  • de redéfinir la réalité virtuelle et ses caractéristiques sensori-motrices (sentiment de présence, Immersion et Interaction)
  • de définir la notion d’interaction naturelle (basé sur le concept de Natural User Interface ou NUI)

En effet, si le terme de “naturel” semble parlant dans le langage courant, il l’est beaucoup moins dans le cadre d’une approche scientifique centrée sur la cognition humaine.

Sans entrer dans les détails, une interaction est considérée comme “naturelle” si, d’une part, la modalité d’interaction est vocale, tactile, ou gestuelle et si, d’autre part, elle minimise la charge cognitive, c’est à dire le nombre de nouvelles informations que le cerveau doit traiter pour pouvoir interagir.

En se penchant sur cette charge cognitive, nous nous sommes rendus compte d’une absence quasi-systématique de sa prise en compte dans la littérature lors de l’étude et la conception de nouveau moyens d’interaction en réalité virtuelle. Nous avons donc décidé de pallier ce manque et d’étudier l’impact des interactions gestuelles en réalité virtuelle sur la charge cognitive.

3 – Hypothèse(s)

En conséquence, nous avons construit une hypothèse. En effet, l’ensemble des articles que nous avons lu permettent déjà d’imaginer un élément de réponse à notre questionnement qui pourrait être ensuite validé ou infirmé par le biais de nos expérimentations.

Cette hypothèse offre un cadre pour la construction de notre protocole d’expérimentation : c’est tel un objectif que l’on se fixe sans savoir réellement s’il est atteignable ou non, et pour lequel nous cherchons les moyens et les chemins qui permettent de l’atteindre.

Dans le cadre de ces travaux de recherche, au vu des échanges avec les collaborateurs et de la bibliographie, nous avons élaboré l’hypothèse que les interactions gestuelles « naturelles » réduiraient la charge cognitive des utilisateurs novices.

Autrement dit, utiliser ses mains en réalité virtuelle, plutôt que des outils (ce que l’on appelle des contrôleurs) rendrait l’interaction en RV plus facile pour des néophytes !

4 – Expérimentation

L’expérimentation constitue la quatrième étape de notre démarche : concrètement, il s’agit de l’élaboration d’un protocole de travail à mettre en place pour tester l’hypothèse émise selon des paramètres bien précis.

Dans la mesure où nous ne pouvons pas tester une hypothèse selon l’ensemble des paramètres possibles (il faudrait plus d’une vie pour cela !), l’expérimentation permet de déterminer dans quelle mesure notre hypothèse est possible à vérifier ou non.

A ce stade, la bibliographie réalisée est très utile car elle contient aussi les retours d’expérience de chercheurs sur leur propre expérimentation.

Ainsi, même si une partie exploratoire demeure dans la conception de l’expérience, des axes se dessinent déjà à ce stade.

La conception du protocole expérimental est souvent un processus itératif en soi : c’est par la succession des essais/erreurs qu’il est élaboré, construit, réfléchi, avant d’être mis en « production » ou en condition réel.

Pour étudier l’impact des interactions naturelles en réalité virtuelle sur la charge cognitive, nous avons décidé de comparer les interactions gestuelles dites “naturelles” à des interactions plus classiques (les contrôleurs ou manettes de jeu).

L’ensemble des 19 collaborateurs onepoint ayant participé à l’étude (8 novices et 11 experts) ont réalisé une tâche de manipulation d’objets en VR avec ces 2 moyens d’interactions, à la suite de quoi ils ont renseigné un questionnaire d’évaluation de la charge cognitive afin d’en mesurer leur perception subjective (ou métrique subjective).

5 – Résultats

A chaque expérimentation, une analyse des résultats s’ensuit.

Là encore, cette analyse des résultats doit se plier à des procédures d’analyse statistiques très strictes. Cette rigueur statistique permet de déterminer l’exactitude des résultats en différenciant un effet réel d’un effet de hasard (par exemple l’effet des interactions sur la charge cognitive).

Sans ces analyses statistiques, même si le sujet de recherche est pertinent, les découvertes ne seront pas recevables par la communauté scientifique.

Dans notre cas, les questionnaires utilisés pour obtenir les résultats étaient des questionnaires validés par la communauté scientifique. L’ordre de passage et de tests des contrôleurs ou du Leap Motion était également très protocolaire pour éviter l’introduction de biais.

A ce stade, même les études statistiques réalisées et les résultats doivent être justifiés et détaillés. C’est la rigueur scientifique derrière chacune de ces étapes qui sont garantes de résultats scientifiques rigoureux, qu’ils aillent ou non dans le sens de l’hypothèse de départ.

Tout cette rigueur dans le protocole expérimental et l’analyse des résultats sert un but essentiel à toute étude scientifique : la reproductibilité des résultats. C’est-à-dire qu’en répétant plusieurs fois le même protocole à l’identique, les résultats doivent rester sensiblement les mêmes.

6 – Discussion

La dernière étape de la démarche scientifique, mais pas des moindres, est la discussion des résultats en premier lieu, puis la discussion de la démarche et axes de poursuite potentiels.

Cette dernière phase sert à interpréter les résultats, en expliquant à quoi ils sont dûs, ce qu’ils ont permis de mettre en lumière mais également les limites qui ont été rencontrées et les perspectives envisagées.

Si vous souhaitez en savoir plus sur les conclusions de l’étude portant sur l’impact des interactions naturelles en réalité virtuelle sur la charge cognitive, vous pouvez consulter l’article de médiation ici ainsi que l’article scientifique ici).

Même si l’hypothèse de départ n’est pas validée, ces explications serviront de base pour les chercheurs qui souhaitent poursuivre les travaux, car cela leur permettra de ne pas avoir la même démarche, de changer certains paramètres de l’étude, et de pallier les limites identifiées.

C’est à ce moment-là que le champ de recherche se réélargit car cette étape est sujette à l’émergence de nouveaux questionnements et à de nouvelles perspectives d’études.

Que l’hypothèse de départ soit validée ou non, si la démarche scientifique a été rigoureuse, il s’agit d’un résultat valorisable et qui a son importance scientifiquement parlant. En effet, avant de trouver la voie vers la réussite, ne faut-il pas d’abord essayer toutes celles qui mènent à des impasses ?

Pour finir, nous sommes heureux de vous annoncer avoir soumis nos travaux et avoir été acceptés à deux conférences : un article scientifique à la conférence IHM 2019, spécialisé en interactions homme/machine, et un poster à la conférence HFES 2019, The Human Factors and Ergonomics Society, conférence dédiée à la compréhension de l’humain dans les systèmes complexes.

Que retenir ?

La démarche scientifique est nécessaire car elle forme un cadre pour structurer l’ensemble de la recherche au niveau international.

Si chacun présentait ses résultats sous la forme qu’il désirait et selon son propre raisonnement, il serait impossible de partager ses résultats avec d’autres collaborateurs, chercheurs et le grand public.

En outre, les expériences ne seraient pas reproductibles ! En RV cela semble peu important, mais imaginons l’impact dans un autre domaine tel que la santé ou l’IA. Chacun pourrait prétendre à ce qu’il souhaite au détriment des utilisateurs/consommateurs finaux que nous sommes tous !

Une collaboration de Thomas Galais, Alexandra Delmas et Ikram Chraibi Kaadoud

Thomas Galais

Recherche et développement