Au doigt de pied et à l’œil : contrôler un ordinateur avec les pieds

Lors de deux moments importants pour l’histoire de l’informatique, on trouve une personne assise à une machine et utilisant autant ses pieds que ses mains.

D’abord, le métier Jacquard nécessitait l’emploi d’une pédale, comme d’autres métiers à tisser avant lui. Cette invention inspirera le proto‐ordinateur de Babbage et Lovelace. Ensuite, Engelbart est connu pour être le premier, dès 1968, à proposer un système cohérent comprenant interface graphique, souris et collaboration à distance. Ce qui est moins connu, c’est que pour lui le succès de la souris fut presque accidentel. Lui croyait plus dans le potentiel du clavier à accords et avant ça avait expérimenté avec des dispositifs où la position du pointeur était transmise par un casque, ou encore par la position… du pied et du genou !

Ensuite, le pied se retrouve un peu partout. Si vous ne me croyez pas, je vous conseille la lecture de cette somme sur le sujet (trente pages, une véritable somme podologique !). Il identifie notamment une gamme de gestes, utilisés principalement dans des expériences artistiques ou académiques. De manière plus populaire, on retrouve les tapis des jeux de danse, les pédaliers des jeux de course, mais aussi différents plateaux d’équilibre, initiés dès 1982 par le Joyboard d’Amiga (en photo plus haut).

Quoi d’autre ? On peut parler de l’industrie, où les risques d’activation intempestive (analysés ici) exigent des pédales avec des clapets et autres garde‐fous.

Pédale industrielle

Les utilisateurs avec des problèmes de posture ou de motricité peuvent utiliser toute sorte de « souris à pied », comme cette fascinante Souris‐Sandale.

Souris-sandale ou toe-mouse

La première machine à écrire à être largement utilisée comprenait une pédale pour la touche Entrée. Toujours dans l’édition de texte, la VIM Clutch constitue un exemple intéressant de convergence entre matériel et logiciel. L’éditeur de texte VIM fonctionne par modes : un mode normal, un pour l’insertion, un pour la sélection de texte, etc. Ça parait bizarre mais c’est beaucoup plus sensé que ça n’en a l’air. Un maitre‐nerd a donc bricolé une pédale qui permet, tant qu’on la maintient, de rester dans le mode le plus courant. Ça rappelle un peu les pédaliers de piano et c’est assez logique d’avoir une touche dédiée et accessible à part pour une action aussi fondamentale.

Sholes and Glidden typewriter

Citons aussi les chaussures intelligentes, avec uniquement des senseurs, ou carrément avec des actuateurs modifiant le niveau d’amorti.

Le meilleur pour la fin : par deux fois, des petits malins ont essayé de tricher au casino en portant un ordinateur qui communiquait des informations à un complice (source 1, source 2). Comment le tricheur faisait‐il pour saisir ces informations ? En tapant du pied. Un bel exemple d’habitronique, dès 1960 et à nos pieds.

« Habitronique », parfaitement. Je vous laisse sur l’ouverture de Footloose.

Cogner à son ordi

Ces temps‐ci, j’ai l’occasion d’utiliser un Thinkpad (X230 pour les amateurs). Ces ordinateurs portables sont dotés d’une petite lampe en haut de l’écran, pour l’éclairer quand la lumière ambiante est trop faible. Un raccourci clavier (Fn+Espace) permet de l’éteindre et de l’allumer instantanément.

Très naturellement je me suis dit : « hey avec ça on peut communiquer en morse ». Je n’ai pas été le premier à y penser : voici un outil qui convertit du texte en morse et l’envoie directement à la lampe, et le témoignage de quelqu’un dont la lampe envoie S.O.S en boucle et qui n’arrive pas à l’arrêter.

En faisant mes recherches, je suis tombé sur un hack assez différent mais encore plus jouissif : utiliser l’accéléromètre d’un ordi portable pour détecter quand on toque dessus. Certains ordinateurs ont un capteur de ce genre pour détecter une chute et désactiver le disque dur, mais on peut en tirer parti pour jouer, enregistrer les séismes ou détecter des coups. On peut ainsi sortir son ordinateur de veille avec un rythme de coups qu’on aura défini.

knockToUnlock

L’idée du secret knock a été reprise par des apps de déverrouillage de porte. Plus largement, on peut taper pour allumer l’écran de son smartphone LG, pour déverrouiller son ordinateur depuis son téléphone (en photo), etc.

J’aime le fait qu’on utilise un senseur interne, conçu pour détecter les mouvements propres de l’appareil, pour un usage externe. J’aime aussi le fait que l’ordinateur devient entièrement un bouton : on peut appuyer dessus n’importe où.

J’aime enfin l’idée de détourner les composants de banals ordinateurs pour en faire des interfaces tangibles dignes du MIT Media Lab. Il y a certainement plein d’usages marrants et de chorégraphies complexes à imaginer, à partir d’un bête toc‐toc et d’une simple lampe. Jeu musical ? Discussions discrètes en salle de classe ? Détecter l’humeur des gens suivant les chocs que reçoit l’appareil ?

Et puis ça me permet de citer le roman Cryptonomicon, et une scène de dénouement où le héros, prisonnier et convaincu que sa cellule et son ordinateur sont pleins de mouchards, passe des informations vitales en code morse via le voyant CAPS LOCK de son ordinateur :

How does Randy know that there is a site called Golgotha, and how does he know its real coordinates ? His computer told him using Morse code. Computer keyboards have LEDs on them that are essentially kind of useless : one to tell you when NUM LOCK is on, one for CAPS LOCK, and a third one whose purpose Randy can’t even remember. And for no reason other than the general belief that every aspect of a computer should be under the control of hackers, someone, somewhere, wrote some library routines called XLEDS that make it possible for programmers to turn these things on and off at will. And for a month, Randy’s been writing a little program that makes use of these routines to output the contents of a text file in Morse code, by flashing one of those LEDs. And while all kinds of useless crap has been scrolling across the screen of his computer as camouflage, Randy’s been hunched over gazing into the subliminal channel of that blinking LED, reading the contents of the decrypted Arethusa intercepts. One of which says : THE PRIMARY IS CODE NAMED GOLGOTHA. COORDINATES OF THE MAIN DRIFT ARE AS FOLLOWS : LATITUDE NORTH (etc.)

Mille et une manieres de saisir des nombres

En schématisant, on peut distinguer deux manières de saisir des nombres : avec une « échelle » et avec un clavier.

Échelles

Dans le premier cas, on choisit une bonne valeur sur une échelle continue, avec un curseur ou un stylet. L’échelle peut être linéaire (comme sur l’Arithmomètre) ou circulaire (comme sur la Pascaline ou un téléphone à cadran). L’échelle est parfois implicite, comme sur la Curta où seule la valeur sélectionnée est affichée.

Pascaline
Pascaline
Curta
Curta

L’Arithmomètre fut très populaire jusqu’à la moitié du XXe siècle, que ce soit l’appareil d’origine inventé par Tomas de Colmar ou la variante de Odhner, dotée d’un nouveau mécanisme. Notez que son usage était assez fastidieux : il fallait remettre le total à zéro, saisir un nombre puis le valider par un grand tour de manivelle (voir la vidéo plus bas).

L’Addiator est un peu différent. Dans cette calculatrice de poche vendue à partir de 1920 (et impressionnante de compacité pour l’époque), un stylet intégré permet de pousser une encoche correspondant à un chiffre jusqu’à une butée. Quand le calcul implique une retenue, il faut pousser l’encoche jusqu’à la faire changer de colonne.

Claviers

Un clavier peut être un pavé de dix chiffres, ou bien une grille de nombres à saisir directement.

Les pavés à dix chiffres sont le plus souvent disposés en trois colonnes, comme sur certaines calculettes (inventé par David Sunstrand, 1911) ou sur les téléphones depuis les travaux de Chapanis aux laboratoires Bell. Pour les calculettes, on ne trouve historiquement pas de raisonnement particulier pour avoir organisé les chiffres du bas vers le haut (source), alors que l’ordre des chiffres sur un téléphone, du haut vers le bas, a été minutieusement étudié. Voici par exemple 17 alternatives qui on été testées et laissées de coté :

bell

Ils peuvent être disposés sur deux lignes, comme sur certains claviers « sécurisés » de sites bancaires ou comme le premier clavier de calculette à dix chiffres commercialisé.

ing direct
ING direct

On appelle souvent le second type de clavier un Comptomètre. Il est intéressant car pensé pour l’usage particulier des caissiers ou des commis de bureau devant additionner des séries de valeurs. Les nombres sont disposés en colonne, avec depuis la droite les unités, dizaines, centaines, etc. Si on en reste à l’addition, ces appareils sont très efficaces : il suffit d’appuyer directement sur les nombres voulus, sans validation, et l’addition est affichée progressivement en bas. Il n’y pas de boutons pour les différents opérations ni pour le =. Il n’y a pas non plus besoin de zéro : 200 correspond au 2 sur la troisième colonne. Comme on le voit sur la photo, seule l’unité est affichée sur chaque touche. Le chiffre en petit sur la gauche est le complément du chiffre principal et sert aux soustractions selon une méthode assez savante.

Un comptomètre de marque Sumlock
Un comptomètre de marque Sumlock

Ces appareils ont donné lieu à des considérations ergonomiques tout à fait modernes :

  • Usages inattendus : les utilisateurs experts n’utilisaient guère les nombres en haut des colonnes, puisqu’il était plus facile de taper deux fois 4 plutôt que monter la main jusqu’au 8.
  • Soucis de clarté : les colonnes étaient coloriées différemment et deux revêtements différents étaient utilisés sur les touches, en alternance sur chaque ligne.
  • Conception holistique : pour éviter de trop lever le bras, des bureaux spéciaux étaient utilisés avec un encastrement pour abaisser la machine.

Pour aller plus loin

Des sites historiques spécialisés :

Les ancêtres d’Excel et de Powerpoint

Excel

Ce photogramme est tiré du film La Garçonnière de Billy Wilder. On y voit le héros, comptable parmi des centaines d’autres dans une compagnie d’assurance. Ben Evans a avancé l’idée qu’on peut comparer ce bureau à un fichier Excel et chacun de ces employés à une cellule effectuant un calcul précis. Evans surestime sans doute le degré de taylorisation des employés de bureau, mais il est vrai qu’il est tentant de comparer à un énorme tableau tous les départements d’une organisation s’occupant de chiffres et que le développement de l’informatique a largement automatisé les calculs et permis d’étendre les méthodes de travail et de raisonnement, comme l’a très bien perçu Steven Levy dès 1984.

Il existe un cas encore plus parlant : les calculs mathématiques complexes requis par des domaines tels que l’astronomie, la balistique ou la cryptanalyse. Chaque calcul était décomposé en opérations simples et successives, effectuées par des personnes armées de calculettes et autres tables de logarithme. En anglais, ces personnes étaient appelées des… computers, Cf. cet article et ce livre. Bletchley Park était ainsi un centre militaire tout entier dédié au but de casser les codes secret utilisé par l’Axe, ce qui se reflétait dans son organisation.

Powerpoint

Powerpoint est autre exemple d’organisation entière se retrouvant réduite à un simple logiciel. Dans les années 1980, la conception d’une présentation se faisait par ordinateur, mais il fallait toujours produire les supports, que ce soit sur diapositive argentique ou sur transparent. Powerpoint 2.0 avait ainsi un bouton Envoyer à Genigraphics, qui permettait de transmettre un fichier directement à une entreprise spécialisée dans l’impression de diapositives.

Si on remonte jusqu’au début du 20e siècle, on trouve l’entreprise de chimie DuPont, qui possédait une salle dédiée. Ses dirigeants pouvaient assister à des présentations étayées par des tableaux et graphiques, lesquels étaients affichés sur de grands panneaux, d’abord montés sur des charnières puis sur tout un système de monorail. C’est fascinant, car le dispositif a inventé ou popularisé à la fois :

  • L’usage des graphiques, pas très répandu à l’époque
  • L’idée de la diapositive comme document synthétique et support d’un discours
  • L’idée d’une présentation comme suite de diapositives
  • L’idée d’un répertoire de diapositives dans lequel on puisse piocher, puisque la salle servait autant de lieu de réunion que d’archive.

Et DuPont a fait ça de la manière la plus littérale et steampunk qui soit : avec des rails.

1919 : première version
1950 : ver­sion plus évo­luée

Pour aller plus loin

  • Un article très complet sur l’histoire du format de la diapositive
  • Un livre sur l’histoire du travail intellectuel au prisme des bureaux et environnements de travail.

Les invariants de conception ne sont pas magiques

Tiré de La Mesure de l'homme, par Henry Dreyfuss (un des fondateurs de l'ergonomie scientifique)
Tiré de La Mesure de l’homme de Henry Dreyfuss, un des fondateurs de l’ergonomie scientifique

L’honorable Raphaël « iErgo » Yharrassarry aime à rappeler que la conception est encadrée par certains invariants :

La taille d’un téléphone est et sera toujours conditionnée par la distance entre l’oreille et la bouche, ainsi que par la taille de la main et la taille du bout des doigts pour les touches. (Source)

C’est éminemment vrai, au sens qu’avant de concevoir un service ou un objet, il y a des valeurs relativement stables, notamment physiologiques et anatomiques, qu’il faut connaitre et prendre en compte. Il faut pourtant faire attention : ces invariants ne sont que des guides. Il n’y a pas de critère unique et magique.

Il n’y a pas d’homme moyen

Reprenons l’exemple du téléphone : quelle dimension doit‐il avoir pour être utilisable ? On peut prendre pour cible la taille moyenne des mains de notre population cible, mais c’est trop approximatif. Une même moyenne peut cacher des distributions très différentes, comme dans ce graphique.

Moyenne identique, écart-type très différent
Moyenne identique, écart‐type très différent

Pour une même moyenne, les gens peuvent avoir des mains très semblables ou au contraire dissemblables. Sans donnée plus fine, on ne peut pas savoir quelle proportion de gens pourront correctement utiliser le téléphone.

Pour concevoir un peu moins au pif, on utilise les centiles (ou « percentiles »). Cela consiste à ordonner les mesures dont on dispose et à les répartir en cent paquets comprenant chacun le même nombre de mesures. Cela donne une meilleure idée de la distribution des données et permet aussi de définir des seuils. Par exemple, si j’ai mesuré cent mains, le premier centile marque le seuil en deçà duquel se trouvent les dix mains les plus petites.

En anthropométrie, on présente souvent seulement le 5e, le 50e (équivalent à la médiane) et le 95e centile. Voici par exemple la longueur de la main des britanniques masculins :

  • 5e centile : 174 mm
  • 50e centile : 184 mm
  • 95e centile : 207 mm

Par choix, on considère que les mesures en deçà du 5e et au‐delà du 95e centile sont des extrêmes et peuvent être ignorés. Il reste seulement ces trois mesures à prendre en compte : est‐ce que le téléphone aura une bonne prise pour ces trois tailles de main ?

Quelle mesure choisir ?

Compliquons encore les choses : on a fait comme si seule la longueur de la main importait, mais il y a d’autres mesures pertinentes. La source dont j’ai tiré la longueur de la main fournit en fait six tailles :

Données anthropométriques d'individus « valides » en millimètres (Source)
Dimension Genre 5e centile 50e centile 95e centile
Longueur de la main Masc. 173-175 178-189 205-209
Fém. 159-160 167-174 189-191
Longueur de la paume Masc. 98 107 116
Fém. 89 97 105
Longueur du pouce Masc. 44 51 58
Fém. 40 47 53
Largeur du pouce Masc. 11-12 23 26-27
Fém. 10-14 20-21 24
Longueur de l'index Masc. 64 72 79
Fém. 60 67 74
Largeur de la main Masc. 78 87 95
Fém. 69 76 83-85

Ces mesures ne sont pas forcément parfaitement corrélées entre elles. Pour schématiser, des mains de bucherons et de pianistes sont longues mais pas de la même manière. Résultat : même si le téléphone couvre 95% des utilisateurs selon une mesure, il peut en exclure d’autres selon d’autres mesures. Plus on ajoute de critères, plus on risque d’exclure de gens. C’est ce qui est arrivé aux chaises ergonomiques d’Herman-Miller. Dans un article passionnant, ils expliquent qu’en croisant sept mesures, leur chaise pouvait être inconfortable pour un tiers des personnes selon au moins une de ces mesures.

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EDIT : dans les années 50, l’armée américaine a découvert le même problème pour les cockpits d’avions : « Out of 4,063 pilots, not a single airman fit within the average range on all 10 dimensions ».

Quel principe de conception ?

Il y a des techniques statistiques pour extraire les variables pertinentes d’un ensemble de corrélations, mais c’est hors de portée de cet article. Imaginons qu’une technique de ce genre nous dise que retenir trois des six variables permette de couvrir du 6e au 97e. Ça ne nous dit pas toujours pas quoi faire. Il y a trois axes de conception possibles :

Première solution : décliner le produit en plusieurs tailles afin de couvrir la plus grande population possible. C’est la solution retenue pour les chaises sus‐citées (trois tailles) ou d’Apple pour leur montre (deux tailles).

Deuxième solution : rendre le produit ajustable, lors de l’installation ou de l’utilisation. Par exemple on peut changer la hauteur, l’avancement… d’un siège de voiture. Ce serait compliqué pour un téléphone, mais on peut citer le Galaxy Note 3, doté d’un mode assez curieux permettant réduire la surface utile de l’image d’un geste (cliquez pour arrêter l’animation) :

Un geste de va-et-vient réduit la taille de l'écran. (Source : Android Central)
Un geste de va‐et‐vient réduit la taille de l’écran. (Source : Android Central)

Enfin, on peut essayer de trouver une dimension unique qui satisfasse le maximum de monde. Par exemple on peut placer une borne interactive à hauteur de bras d’une personne de petite taille, dans l’idée qu’il est plus facile pour une grande personne de se baisser que le contraire.

Et l’usage au fait

Il y a une dernière complication : au‐delà des critères physiques, les usages d’un téléphone sont variables, y compris pour une même personne.

D’abord, il y a plusieurs manières de tenir son appareil. Au minimum on peut distinguer la prise à une main (une moitié des usages observés), la prise en berceau (plus de 15%) et la prise à deux mains (un petit tiers). Je tire ces chiffres de cette passionnante présentation de Cornelia Laros à Paris Web, qui contient bien d’autres données (portrait vs paysage, changements de prise en main, influence du contexte, etc.).

Prises en main du téléphone

Ensuite, les gens sont prêts à différents compromis selon des facteurs externes à l’objet lui‐même. Citons :

  • Les conventions sociales. Selon l’époque et le groupe social, différents styles seront plus ou moins acceptés : « t’as l’air con avec ton ardoise contre l’oreille ».
  • Le type de tâche le plus fréquent. Un contexte d’utilisation avec une pression temporelle forte et un haut facteur de distraction (par exemple : vérifier l’heure de son départ dans une gare) n’appelle pas le même genre de téléphone qu’un contexte de distraction pépouze (type zapper sur Youtube dans son canapé).
  • Les appareils à disposition. Par exemple, il y a dans l’Apple Watch la promesse d’avoir à sortir moins souvent son téléphone de la poche et d’une complémentarité entre les gros écrans des iPhone 6 et l’utilisation ponctuelle de la montre.
  • Les attentes des utilisateurs. Je pense aux profils experts qui préfèrent un téléphone tout simple, puisqu’ils sont de toute façon plus à l’aise avec un ordinateur de bureau pour la moindre tâche complexe.

Rétrospectivement, l’exemple de l’iPhone est intéressant. Sur le seul critère de la prise en main, les premiers modèles étaient indéniablement supérieurs aux phablets d’Android. Du coup, bien des experts (et Steve Jobs lui‐même) étaient persuadés qu’Apple n’avait aucune raison de sortir un plus gros iPhone. Le contraire a fini par se produire et s’on est aperçu qu’un grand écran c’était quand même bien pratique.

Conclusion : ne jamais raisonner sur un critère isolé. Tout est affaire de compromis, il faut juste trouver les bons.

Pour aller plus loin