reportage

La machine surveille votre état de fatigue

Clémentine François, co-fondatrice de Phasya. ©Anthony Dehez

Trop de morts sur la route à cause de la fatigue. C’est le constat qu’a fait le professeur Jacques Verly, de l’ULg. Il a mis au point des lunettes qui détectent l’endormissement du conducteur, et est aujourd’hui courtisé par les plus grands constructeurs automobiles.

C’est l’hécatombe! L’an dernier en Belgique, plus de 600 personnes sont décédées des suites d’un accident de la route. Un chiffre insoutenable, diffusé par l’Institut Belge de la Sécurité routière (IBSR). Un chiffre qui est d’autant plus insoutenable "qu’on estime que 20 à 30% des accidents de la route sont dus à un problème de fatigue au volant", indique Jacques Verly, professeur au Département d’Électricité, Électronique et Informatique (Institut Montefiore) de l’Université de Liège (ULg). "Et là, la situation est vraiment intolérable", insiste-t-il.

L’ingénieur de l’ULg dispose de solutions pour enrayer ces sombres statistiques: notamment des "lunettes de sommeil". Il y travaille depuis des années. Et c’est précisément lors d’un de ses nombreux déplacements en voiture qu’il y a pensé.

"Je rentrais parfois tard en voiture de réunions qui se tenaient à l’autre bout de la Belgique, se souvient-il, et il me fallait souvent lutter contre le sommeil, voire m’arrêter. C’est en partie cela qui m’a conduit à m’intéresser à ce problème de somnolence au volant."

"Je rêvais d’un système qui empêche le conducteur de sombrer dans le sommeil lorsqu’il est fatigué ou parcourt un trajet monotone. J’imaginais à l’époque (nous étions en 2004) un système qui serait simple d’usage et largement disponible, capable de prévenir ce type de drames de la route."

Phasya - Drowsimeter R100

Plus de dix ans de recherches plus tard, le rêve éveillé du scientifique est en passe de devenir réalité. Bien entendu, durant cette décennie, le projet a considérablement évolué. Mais la base reste identique. Il s’agit de capter les signes de fatigue du conducteur en surveillant les mouvements de ses yeux. "Et de l’alerter avant qu’il ne soit trop tard!", précise le chercheur.

"Au départ, je pensais à un système de lunettes qui surveille l’état de fatigue de celui qui les porte. Des lunettes de sommeil en quelque sorte, reprend le professeur Verly. Nos recherches menées au sein de l’université de Liège, à partir de 2007, en matière de traitement du signal et de l’image ont livré d’intéressants résultats. En 2014, nous étions prêts. Avec trois membres de mon équipe (Jérôme Wertz, Thomas Langohr et Clémentine François), nous avons co-fondé une spin-off spécifiquement orientée vers ce type de produit: la société Phasya. Aujourd’hui, elle propose commercialement ces fameuses lunettes et les algorithmes qui permettent de traduire en alertes et à temps les signes de fatigue les plus inquiétants."

120 images par seconde

Comment fonctionne ce système de monitoring de la somnolence? "Il s’agit d’un système qui se porte sur le nez, comme une paire de lunettes classiques, détaille Clémentine François, ingénieure civile biomédicale, chercheuse, doctorante et co-administrateur-délégué de la jeune société (l’autre co-administrateur-délégué étant Jérôme Wertz). Elles sont équipées d’une caméra qui observe, via un ‘miroir chaud’, le comportement d’un œil et notamment les mouvements des paupières." Ce type de miroir laisse passer la lumière visible, mais réfléchit le rayonnement infrarouge. Les lunettes éclairent l’œil dans l’infrarouge de façon imperceptible à l’utilisateur. La caméra montée sur une des branches fonctionne notamment dans cette longueur d’onde et capte sans problème, de jour comme de nuit, le comportement de l’œil.

"20% à 30% des accidents de la route sont dus à un problème de fatigue au volant", rappelle le professeur Jacques Verly, co-fondateur de Phasya, spin-off de l’ULg. ©Anthony Dehez

"Avec notre système, nous captons jusqu’à 120 images par seconde, détaille encore Clémentine François. Ces images sont transférées continuellement à un processeur. Un logiciel sophistiqué développé par nos soins les analyse en temps réel, produisant le niveau de somnolence de la personne sur une échelle de 0 à 10. Bien que nous ayons nous-mêmes conçu et fait construire les lunettes du premier produit de Phasya, notre savoir-faire et expertise se situent surtout dans les algorithmes et logiciels qui constituent le cerveau du système."

Comment le comportement et mouvements des yeux peuvent-ils donner l’alerte? Quand notre état de fatigue augmente, nous fermons les yeux de plus en plus, et de plus en plus longtemps, les mouvements des paupières sont globalement ralentis. Ces indices physiologiques et d’autres trahissent l’état de somnolence. "C’est l’analyse fine des signaux temporels correspondants qui nous a permis de mettre notre système au point et de le perfectionner", indique encore l’ingénieure civile liégeoise.

"Contrairement à d’autres systèmes (utilisant les mouvements du volant et/ou les dépassements de lignes de circulation), l’observation de l’œil correspond à une observation quasi directe du cerveau, lequel régit notre cycle de veille et sommeil, et nous oblige irrémédiablement à dormir", ajoute le professeur Verly.

Une caméra dans le tableau de bord

Les lunettes de sommeil de Phasya sont désormais disponibles sur le marché. "Mais elles ne s’adressent pas (encore) au grand public, reprend le Pr Verly. Leur coût est aujourd’hui trop élevé pour qu’elles prennent place dans toutes les boîtes à gants, comme imaginé dans mon rêve initial. Actuellement, notre ‘Drowsimeter R 100’ est plutôt destiné aux équipes de recherche qui travaillent sur la problématique de la somnolence. Mais avec les capitaux nécessaires, il ne fait aucun doute que de telles lunettes pourraient être disponibles pour un prix tout à fait abordable."

"Pour améliorer l’autonomisation des voitures, il faut aussi prendre en compte le conducteur, le surveiller. Les grands constructeurs automobiles ont longtemps négligé cet aspect et y travaillent frénétiquement depuis peu."
Professeur Jacques Verly


"Mais les fondements de notre système à lunettes sont aussi d’intérêt immédiat pour les constructeurs automobiles, analyse-t-il. Nous travaillons d’ailleurs à l’adaptation de notre système porté afin de pouvoir déporter la caméra des lunettes vers le tableau de bord."

"Cette caméra placée dans le tableau de bord ou sur la colonne de direction d’une voiture ou de tout autre moyen de transport (camion, train, avion…) est capable de suivre les mouvements de la tête du conducteur et les mouvements de ses yeux", reprend Clémentine François.

"Avec un tel système intégré, nous résolvons le problème de l’alimentation en énergie des lunettes et de la transmission des images captées, ajoute le Pr Verly. Actuellement, cela passe par un câble relié à l’ordinateur qui traite immédiatement les informations. Cette liaison par câble est aujourd’hui inévitable avec les lunettes."

Des machines et des hommes

Les chercheurs ne cessent d’"augmenter" l’être humain, d’améliorer ses performances, de prévenir ses maladies et, partant de là, de dépasser les limites liées à sa propre nature.

Nous sommes allés à la rencontre des pionniers belges, notre dossier >

Grâce à la caméra embarquée dans un véhicule, Phasya s’affranchit de ces "inconforts" techniques, mais aussi humains. Avec ce système de caméra dans le véhicule, plus besoin de penser à chausser ses lunettes avant de prendre la route!

Cette évolution, destinée au marché du transport, est clairement une priorité actuelle de Phasya. "En décembre 2016, nous avons procédé à une levée de fonds de quelque 300.000 euros, qui nous permet d’attaquer avec plus de force le marché du transport, après celui de la recherche qui nous a permis d’établir fermement notre réputation au niveau mondial. Et Phasya prévoit déjà une nouvelle et importante levée de fonds pour la fin d’année 2017", indique Clémentine François.

La problématique de l’autonomisation des voitures

"Cela bouge très vite dans le secteur automobile à ce sujet", constate le professeur Jacques Verly. En mars dernier, lui et des membres de l’équipe Phasya et de l’ULg ont présenté à une conférence en Californie non seulement le Drowsimeter R 100 destiné à la recherche, mais aussi un prototype de démonstration du nouveau système permettant de placer la caméra à distance et face au conducteur.

L’engouement actuel pour les voitures autonomes constitue une opportunité et motivation extraordinaires de croissance pour Phasya et sa technologie. "La raison est que nous sommes encore loin de la véritable voiture individuelle autonome, reprend l’ingénieur et professeur de l’institut Montefiore de l’ULg. Le premier accident mortel de la Tesla, il y a quasi un an, outre-Atlantique, l’illustre parfaitement. Quel que soit le degré de sophistication des systèmes qui équipent ces voitures, ils ne sont encore que bas dans l’échelle de leur autonomisation complète. Ces systèmes sont seulement des aides à la conduite."

L’équipe de Phasya travaille à intégrer son système directement dans le tableau de bord. ©Anthony Dehez

"En fait, les multiples capteurs qui équipent des voitures telles que la Tesla détectent divers événements susceptibles de se produire sur la route. Mais si un obstacle imprévu surgit, c’est au conducteur de prendre la bonne décision", rappelle l’ingénieur. Aujourd’hui, nous en sommes toujours au niveau 2 de conduite autonome (sur une échelle de 0 à 5). Ce niveau inclut principalement des systèmes capables de maintenir le cap pour éviter de franchir des lignes blanches, d’ajuster l’accélération et la décélération pour éviter les collisions, ou se parquer, mais le conducteur a l’entière responsabilité de surveiller les conditions extérieures et doit être prêt à intervenir immédiatement. À l’heure actuelle, il n’existe aucune voiture commercialement disponible qui soit entièrement autonome. Des experts disent que c’est pour 2040…

"Pour passer au niveau suivant d’autonomisation (le niveau 3), il faut aussi prendre en compte le conducteur, le surveiller car il devra toujours être capable de reprendre le contrôle du véhicule en quelques secondes. Au monitoring de la route, nous ajoutons donc le monitoring du conducteur. Tous les grands constructeurs automobiles ont longtemps négligé cet aspect et y travaillent frénétiquement depuis peu, souligne Jacques Verly, Avec le nouveau prototype à distance, Phasya détient une des technologies clés pour permettre aux grands constructeurs et équipementiers de passer au niveau 3 de conduite autonome, niveau pour lequel le monitoring du conducteur sera obligatoire."

Fatigue, stress, vagabondage mental…

"Le système validé de quantification du niveau de somnolence d’un utilisateur que nous avons mis au point en près de 10 ans est probablement aujourd’hui le plus avancé au monde", n’hésite pas à affirmer Jacques Verly. Et Clémentine François d’enchaîner: "Nous avons validé ce système en le comparant aux références les plus reconnues dans le domaine (notamment l’analyse de l’activité cérébrale) et nous avons évalué nos algorithmes d’analyse des images de l’œil à l’aide d’une base de données de plus de 200 personnes. Il s’agit de personnes de différents types, avec des yeux eux aussi très différents. Pour rendre le système encore plus robuste, nous devrons augmenter cet échantillon."

"Au-delà de cette quantification, nous avons aussi mis au point un procédé qui permet de prédire l’évolution du niveau de somnolence dans le futur proche, jusqu’à quelques dizaines de secondes, ajoute le Pr Verly. Récemment dévoilée, notre capacité de prédiction est unique au monde, et est d’ailleurs protégée par une demande de brevet."

L’analyse de la région de l’œil devrait permettre aussi de quantifier d’autres états du conducteur, tels que ses niveaux de distraction, de vagabondage mental, ou de stress qui représentent aussi des enjeux majeurs pour la sécurité. L’équipe de Phasya en collaboration avec l’ULg travaille déjà au développement de solutions pour la quantification de ces états.

Le danger

Prévenir à temps

Toute la prouesse de Phasya consiste évidemment à capter les signaux utiles, à les interpréter correctement, mais aussi à donner l’alerte au conducteur de manière pertinente et… à temps. "Quelques secondes avant d’entrer dans un état de somnolence dangereux, cela nous semble optimal", indique le professeur Jacques Verly. Il ne faut pas non plus que le système "sonne" pour tout et pour rien, au risque de le voir être désactivé. Cela nécessite de capter suffisamment de données et une bonne puissance de calcul en aval.

 

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