Principe de l’information cartographique

Dans ses travaux sur la cartographie géographique, Bernard Rouleau pose trois questions fondamentales pour comprendre la cartographie et plus particulièrement les cartes [Rouleau, 2000] :

« En quoi consiste une carte ? Quel est le contenu d’une carte ? À quoi sert une carte ? ».

Les paragraphes suivants reprennent chacune de ces questions en leur associant la réponse donnée par l’auteur (expert en cartographie géographique). Étant donné que l’on s’inspire de la cartographie géographique pour l’appliquer à des données abstraites, nous avons généralisé les réponses à la cartographie de données non uniquement géographiques :

En quoi consiste une carte ?

Il s’agit toujours d’un document graphique donc visuel. À ce titre, toutes les cartes suivent les règles et les contraintes de la perception visuelle [Tufte, 1986; Ware, 2000]. Par conséquent elles obéissent à la sémiotique (théorie générale des signes).

Quel est le contenu d’une carte ?

Une carte représente toujours un espace d’informations. Ces informations peuvent être abstraites (comme les données d’une organisation) ou scientifiques (c’est-à-dire issues de mesures physiques comme des données géographiques) [Card et al., 1999b]. Les informations sont visualisées par des représentations graphiques (les composants pour les géographes) et sélectionnées (une carte ne fait apparaître qu’une catégorie d’informations : son thème [Rouleau, 2000]). Ainsi, une carte permet de connaître la nature, les relations, la localisation ou l’importance des données ou des phénomènes qui composent l’espace cartographié. Par conséquent, les représentations graphiques des données et leurs relations forment l’image cartographique : le contenu de la carte [Rouleau, 2000].

À quoi sert une carte ?

Une carte n’est pas une simple image artistique d’un espace informationnel. L’objectif avant tout d’une carte est de transmettre une information : « Le message de la carte » [Rouleau, 2000]. Cependant, il arrive que la carte soit utilisée comme méthode de recherche lorsqu’elle apporte elle-même une information nouvelle non encore prévue ou pressentie. La carte devient alors un instrument de transmission de messages mais aussi un instrument de résolution.

Au fil des siècles, la cartographie est devenue un art d’expression mais aussi, un outil d’analyse, d’aide à la décision et de communication. Elle a évolué de données topographiques et sommaires sur un lieu donné, à des données abstraites appartenant à une organisation ou un domaine, en passant par la couverture complète du globe terrestre et du ciel. La cartographie parfait ses techniques pour devenir un outil généralisé d’aide à la décision.

Pour comprendre le principe intrinsèque de la cartographie, il est important de comprendre le rôle joué par le « monde externe » dans le raisonnement.

La cognition externe

Des travaux sur le raisonnement humain ont permis de mettre en évidence que lorsque l’homme a besoin de raisonner, à un certain niveau de difficultés et pour une certaine quantité d’informations, il utilise invariablement des supports externes pour l’assister comme un tableau, une feuille de papier ou bien encore une carte. Ce principe est nommée la cognition externe (« external cognition ») [Scaife & Rogers, 1996].

La citation suivante est extraite du livre « Things that make us smart : defending human attributes in the age of the machine » de Donald Norman [Norman, 1993] ; elle exprime sa vision de la cognition externe qu’il nomme « aides externes » :

“The power of the unaided mind is highly overrated. Without external aids, memory, thought, and reasoning are all constrained. But human intelligence is highly flexible and adaptive, superb at inventing procedures and objects that overcome its own limits. The real powers come from devising external aids that enhance cognitive abilities. How have we increased memory, thought, and reasoning? By the inventions of external aids: It is things that make us smart.” Donald Norman [Norman, 1993]

Pour illustrer ce phénomène, prenons un exemple simple mais aussi très révélateur de l’efficacité et du rôle de la cognition externe : la multiplication. Pour un calcul simple, la multiplication peut « se faire de tête » ; on parle alors de cognition interne. Par exemple, si on veut multiplier 2 par 2, on peut effectuer le calcul mentalement.

Mais lorsque les valeurs multipliées sont plus grandes, il devient alors très difficile d’effectuer ce calcul « de tête » uniquement. Par exemple, si on veut multiplier 28 par 43, le calcul mental est plus difficile.

Pour y parvenir simplement, la solution la plus commune est d’utiliser un papier et un crayon et de « poser » l’opération :

Figure 7 – Poser une opération : un exemple de cognition externe

Cette représentation est un exemple de cognition externe dont le gain d’efficacité est évident.

La question que l’on se pose alors est de savoir pourquoi une aide externe (comme le papier ou une carte) facilite-t-elle le calcul et le raisonnement ?

Si on reprend notre dernier exemple de calcul mental, la difficulté réside dans la mémorisation des retenues et des différents résultats intermédiaires. Intuitivement, pour contourner cette difficulté liée à ce manque de « mémoire », nous utilisons une feuille de papier comme support externe et on y représente graphiquement l’opération. Le papier joue alors le rôle d’extension de la mémoire [Card et al., 1999b].

Le travail intellectuel (ou tâche cognitive) exploite un ensemble de connaissances qui sont représentées dans l’esprit de l’homme. Cette représentation est qualifiée de « représentation interne » [Zhang & Norman, 1994]. L’utilisation d’un support externe (comme des symboles ou des objets) permet de « compléter » cette représentation interne et ainsi décharger un peu la mémoire. Le support externe est qualifié de « représentation externe ».

La représentation externe est perçue, analysée puis traitée par le système perceptif qui en extrait les informations. Tout ce traitement correspond au mécanisme de la vision.

Dans le cadre d’une activité utilisant un support externe, le traitement d’une tâche est un processus distribué entre des représentations internes et des représentations externes. Ce mécanisme est nommé « raisonnement distribué » [Zhang & Norman, 1994]. Il est composé de deux types de phases permettant au cerveau de passer d’une représentation interne à une représentation externe (externalisation) et inversement (mémorisation).

Voici un schéma de synthèse des deux phases du raisonnement distribué :

La cognition externe : phases du raisonnement distribué

Une représentation externe peut être transformée en représentation interne par « mémorisation » [Zhang, 1997]. La mémorisation n’est pas obligatoire si la représentation externe est toujours accessible et elle est impossible si les représentations externes sont trop complexes. Une représentation interne peut aussi être transformée en représentation externe par « externalisation ». L’externalisation peut être bénéfique si l’utilisation d’une représentation externe peut compenser le coût du processus d’externalisation.

Les représentations externes jouent donc le rôle d’aide-mémoire en permettant d’une part, d’étendre la mémoire de travail et d’accéder à des informations non mémorisées et d’autre part, en permettant de partager des connaissances. De plus, l’utilisation de représentations externes permet aussi d’accéder à des connaissances et compétences inaccessibles par des représentations internes [Zhang, 1997].

Nous savons donc que les supports externes permettent d’assister l’homme dans ses tâches cognitives. De plus, nous avons vu que les supports externes pouvaient être de natures très diverses. Le problème est donc de savoir quelle représentation externe choisir ?

Les représentations externes facilitent le travail cognitif seulement si la représentation est bien choisie. En effet, deux représentations d’une même structure formelle peuvent engendrer des comportements cognitifs très différents [Zhang & Norman, 1994].

Une illustration évidente est la représentation des nombres. Tout le monde s’accorde à dire que pour calculer, les chiffres arabes sont plus efficaces que les chiffres romains (par exemple, 73 x 27 est plus facile que LXXIII x XXVII). Pourtant, ces deux types de numérotations expriment les mêmes entités, des nombres. Des représentations différentes d’une même structure formelle peuvent donc avoir des impacts très différents sur la difficulté d’une tâche.

La visualisation

Nous avons vu que face à un grand nombre d’informations, l’homme utilise naturellement des représentations externes pour l’aider. Il nous reste alors à déterminer le type de support externe à utiliser.

Pour répondre à cette question, nous pouvons tout d’abord remarquer que face à un grand nombre d’informations, l’homme privilégie généralement les représentations visuelles graphiques comme support externe sans être conscient de la cause qui le pousse à y recourir.

C’est le cas avec l’utilisation de cartes géographiques pour appréhender un territoire ou d’un graphique pour représenter des ensembles de valeurs numériques.

Pourquoi utiliser des représentations visuelles graphiques ?

Ce choix est justifié par les capacités visuelles naturelles de l’homme. Nous sommes capables d’assimiler quasi instantanément et sans effort un grand nombre d’informations représentées graphiquement. Par exemple, le recours à une carte routière pour déterminer un itinéraire illustre cette pratique. L’œil perçoit entre autres, immédiatement la position relative des villes sur la carte routière.

Les visualisations profitent des caractéristiques du système de traitement cognitif humain. D’après Colin Ware, les visualisations offrent de nombreux avantages dont les principaux sont les suivants [Ware, 2000; Ware, 2005] :

›       Les visualisations graphiques ont le pouvoir de permettre à l’homme de manipuler des structures bien plus complexes représentées par une visualisation (représentations externes) que dans la mémoire de travail visuelle et verbale (représentations internes).

›       Elles permettent aussi de percevoir l’émergence de propriétés dans les données cartographiées qui ne sont pas anticipées.

›       Les visualisations permettent de mettre en évidence des problèmes dans les données, dans leur collecte. Avec une visualisation appropriée, les erreurs dans les données sont rapidement perceptibles.

›       La visualisation permet de percevoir simultanément des propriétés à grande et à petite échelle sur les données.

›       La visualisation facilite la formation d’hypothèses sur les données.

Durant un processus d’acquisition ou de résolution de problèmes (raisonnement), une visualisation peut aider l’utilisateur à dépasser les problèmes qui sont dus aux limitations de la mémoire de travail : capacité de mémorisation et durée pour mémoriser [Keller & Tergan, 2005]. Comparé à une description textuelle équivalente, un diagramme peut permettre aux utilisateurs d’éviter de traiter explicitement l’information car ils peuvent l’extraire « d’un coup d’œil » [Keller & Tergan, 2005]. Les visualisations peuvent augmenter nos capacités de traitement en visualisant des relations abstraites entre les éléments visualisés [Scaife & Rogers, 1996].

Les visualisations peuvent être considérées comme des outils capables d’assister l’homme dans son raisonnement. Elles permettent d’amplifier la cognition en jouant le rôle de support de la pensée (raisonnement distribué).

Jacques Bertin, un géographe contemporain de grande renommée, nomme le recours à des visualisations graphiques pour raisonner le « traitement graphique de l’information » ou « la graphique » [Bertin, 1977].

La graphique

Dès 1950, Jacques Bertin a travaillé sur les aspects théoriques de la construction d’une carte et plus particulièrement, sur les principes de l’information cartographique. C’est ainsi que quelques années plus tard, il a défini les notions de « graphique » et de « sémiologie graphique » [Bertin, 1977; Bertin, 1999 (1re éd. 1969)].

La sémiologie graphique

En tant que moyen d’expression, la carte utilise un langage pour coder l’information du message à véhiculer. Ce langage a la particularité d’être graphique et de mettre en œuvre des structures visuelles [André, 1980]. Ces structures sont perçues par le sens de la vue. Les mécanismes de la perception visuelle sont présentés synthétiquement en annexes (voir en page 237).

Le message véhiculé par la carte est donc codé par un ensemble de structures visuelles. Chaque structure visuelle peut appartenir à la famille des dessins ou à la famille des écritures. La différence entre un dessin et une écriture réside dans le type d’accès à l’information codée par la structure. Dans le cas du dessin, l’information représentée est accessible directement. Alors que dans le cas de l’écriture, l’information est dénotée par un mot qui est représenté (écrit). Pour percevoir l’information, il faut tout d’abord percevoir la forme écrite qui donne accès aux mots et enfin, accéder à l’information. Cette particularité explique pourquoi la carte est souvent qualifiée de document « immédiat ».

La famille des dessins se ramifie encore en deux sous-familles : le « dessin d’art » (ou « graphisme ») et « la graphique » [Bertin, 1977]. Une représentation graphique (un graphique ou un graphisme) est la transcription de concepts ou d’idées sous la forme codée d’un système de structures visuelles (les signes). Plus particulièrement, la graphique correspond à la construction d’images à partir d’une grammaire qui s’appuie sur les lois de la perception visuelle, perception universelle. L’étude et la mise en œuvre de ces règles –nommées « sémiologie graphique » par Jacques Bertin [Bertin, 1999 (1re éd. 1969)]– ont permis de comprendre et d’exposer la différence fondamentale entre graphisme et graphique : leur domaine de significations.

D’après Jacques Bertin, la perception d’un graphisme permet plusieurs significations : le dessin d’art figuratif (comme une photographie aérienne) permet une signification par récepteur (personne qui perçoit le dessin) ; alors que le dessin d’art non figuratif (comme un tableau abstrait) est dit pansémique. Il existe donc une infinité d’interprétations et de significations possibles pour un même récepteur. Le processus de la perception de l’image se traduit par la question : « Que signifie l’ensemble de ces éléments ? ». Pour Jacques Bertin, le travail de lecture d’un graphisme se situe alors « entre le signe et sa signification ».

Le graphique (produit de la graphique) est quant à lui un ensemble de structures visuelles dont la signification a été définie au préalable. Le processus de perception d’un graphique se traduit alors par la question : « Étant donné la signification de ces éléments, quelles sont les relations qui s’établissent entre eux ? » Pour Jacques Bertin, le graphique est monosémique et le travail de lecture se situe alors « entre les significations ».

Cette étude des significations des dessins donne l’avantage à la graphique par rapport au graphisme : utiliser un système monosémique permet de réduire la confusion. Les récepteurs d’un graphique partagent la même signification pour les structures visuelles. Ce consensus permet de « discuter de l’assemblage des signes [structures visuelles] et d’enchaîner les propositions dans une succession d’évidences, succession qui peut alors devenir indiscutable c’est-à-dire logique » [Bertin, 1999 (1re éd. 1969)]. Pour Jacques Bertin, graphique et mathématique sont semblables sur ce point.

Le schéma suivant synthétise les différents systèmes d’expression graphique :

La graphique par rapport aux autres systèmes d’expression graphique

Voici un tableau récapitulatif des domaines de signification liés aux dessins :

Type de dessin

Signification des signes

Description

Exemple

Graphisme

Image non-figurative

Pansémique

Le système s’ouvre à toute signification.

Tableau d’art

Image figurative

Polysémique

Le système a pour objectif de définir un concept ou une idée mais les interprétations peuvent diverger.

Photographie aérienne.

Graphique

Monosémique

Transcriptions de relations entre des concepts préalablement définis.

Un organigramme

Tableau 1 – Domaines de signification des dessins.

L’étude et l’analyse des significations des différents systèmes d’expression graphique ne doivent pas faire oublier l’importance du caractère esthétique des cartes [Tractinsky, 1997]. En effet, le but d’un graphique est avant tout d’être efficace et pour y parvenir, il doit être correctement construit, mais il doit aussi être esthétique. D’après Albert André, une image esthétique, sans grande valeur symbolique retient l’attention d’un lecteur, tandis qu’une image laide manque son effet [André, 1980]. C’est l’esthétique qui, au premier abord, commande l’efficacité d’une image. Une image esthétique est celle qui est agréable à regarder et que la mémoire enregistre.

Les structures visuelles et les variables visuelles

« La graphique est un système de signes [structures visuelles] qui permet de transcrire les relations de différence, d’ordre ou de proportionnalité existant entre des données qualitatives ou quantitatives » [Bonin, 1997].

Comme nous l’avons décrit dans la section précédente, une image peut être décomposée en structures visuelles. Chaque structure visuelle appartient à une des quatre familles suivantes (Jacques Bertin parle alors d’ « implantation » des signes) [Bertin, 1977; Bertin, 1999 (1re éd. 1969); Card et al., 1999b] :

 

Figure 10 – Familles de structures visuelles

L’appartenance d’une structure visuelle à une famille est fonction de sa dimensionnalité.

Pour coder des informations, la graphique fait varier certaines propriétés graphiques de ces structures visuelles (par exemple la forme). Les variations possibles sur les structures visuelles sont regroupées par type et sont nommées « variables visuelles » (ou « variables rétiniennes ») par Jacques Bertin [Bertin, 1977; Bertin, 1999 (1re éd. 1969)].

Le schéma ci-dessous reprend les variables visuelles définies par Jacques Bertin :

Figure 11 – Variables visuelles définies par Jacques Bertin.

Au fil des évolutions des moyens de cartographie, le nombre de ces variables a évolué avec l’identification de nouvelles variables. Elles sont généralement regroupées en deux familles : les variables statiques et les variables dynamiques. Voici un tableau de synthèse des principales variables visuelles :

Variables Statiques

Forme

Taille

Valeur

Grain

Couleur

Orientation

Saturation de couleurs

Aspect de la texture

Pattern

Finesse des détails

Luminance de l’écran

Ombre

Variables Dynamiques

Vitesse de mouvement

Direction de mouvement

Fréquence de clignotement

Phase de clignotement

Disparité binoculaire

Tableau 2 – Synthèse des principales variables visuelles.

Interactions entre les structures visuelles : la théorie de la Gestalt

Les philosophes grecs pensaient que la nature des choses était absolue et qu’elle n’était pas liée au contexte de celles-ci. Mais vers 1890, la théorie de la Gestalt est apparue comme une réaction à ce courant de pensée. Des adeptes de cette nouvelle vision étaient intrigués par la manière dont notre cerveau percevait des ensembles à partir d’éléments inachevés. Plus particulièrement, ils ont mis en évidence que le contexte est très important dans la perception visuelle [Guillaume].

Une carte contient un ensemble de structures visuelles qui codent les éléments de l’espace informationnel (les informations à cartographier). Par conséquent et d’après la théorie de la Gestalt, les structures visuelles ne sont pas indépendantes les unes des autres et le contexte est important pour la signification qui leur est attribuée. La perception visuelle s’attache à reconnaître des modèles dans un ensemble de structures visuelles.

De cette théorie résultent des lois correspondant à des catégories d’interactions possibles entre les structures visuelles. Le tableau ci-dessous synthétise ces principales lois qui composent la théorie de la Gestalt [Card et al., 1999b; Chang et al., 2002; Ware, 2000; Zlatoff et al., 2004] :

Lois

Effets Illustrations

Prégnance

Une image est facile à comprendre si sa structure est simple et inversement.

Voir ci-dessous

Proximité

Deux composants qui sont proches ont tendance à être perçus comme un seul composant. Dans l’illustration à droite, l’image est perçue comme deux éléments par proximité de points.  

Similarité

Les composants similaires sont perçus comme s’ils étaient regroupés. Dans l’illustration à droite, l’image est perçue comme une série de colonnes par similarité de couleurs.

Fermeture

Les contours proches sont perçus comme unifiés. Dans l’illustration à droite, on perçoit un triangle blanc alors qu’il n’est pas dessiné.  

Continuité

Des éléments voisins sont perçus groupés lorsqu’ils possèdent potentiellement un trait qui les relie. Dans l’illustration à droite, l’image est perçue comme une croix.  

Symétrie

Des éléments sont perçus comme un élément global lorsqu’ils forment une symétrie. Dans l’illustration à droite, les deux éléments de gauche ne sont pas perçus comme un seul élément contrairement aux deux suivants.  

Trajectoire identique

Des éléments qui se déplacent avec la même trajectoire semblent groupés.

Familiarité

Des éléments sont plus facilement groupables si le groupe est familier ou significatif.

Figure 12 – Principale interactions possibles entre les structures visuelles.

La loi dominante est la loi de prégnance. En effet, l’œil privilégiera davantage la reconnaissance de formes simples. Par exemple dans l’image ci-dessous, comment percevez-vous la forme de la zone grise ?

 

Loi de profusion : l’œil recherche toujours le motif le plus simple.

Ces lois permettent aussi d’expliquer de nombreuses illusions d’optiques basées sur une perception ambiguë.

Par exemple avec l’image ci-dessous : s’agit-il d’un vase ou de deux visages ?

Perception ambiguë.

La carte comme support de la pensée

L’objectif de cette étude est d’appliquer la cartographie à la gestion des connaissances comme paradigme d’accès aux connaissances des organisations.

Prise dans son sens le plus général, la cartographie permet de construire des cartes (support externe graphique) pour aider les hommes à appréhender leurs différents espaces. Elle met en œuvre des techniques permettant de passer d’un espace informationnel à un espace d’information cartographique constituant une carte.

Au fil des siècles, la cartographie est passée du statut d’art graphique à celui d’outil d’analyse, d’aide à la décision et de communication. Elle constitue une science qui place la carte au-delà de la simple image artistique d’un espace informationnel. En effet, la carte est devenue un instrument de transmission de message mais surtout un instrument puissant d’aide à la décision.

Le recours à la cartographie permet d’exploiter et de valoriser deux caractéristiques naturelles de l’homme :

›       La cognition externe : nous sommes capables d’utiliser notre environnement pour créer des représentations externes jouant le rôle d’extension de notre mémoire. Ces représentations nous permettent alors d’effectuer des raisonnements distribués et par voie de conséquence, ce mécanisme permet de réduire notre effort cognitif.

›       La perception d’information graphique : l’information cartographique contenue dans une carte est graphique. Cette classe de support externe exploite les capacités naturelles de l’homme à percevoir et à traiter l’information graphique.

La cartographie nous offre la possibilité d’exploiter ces deux capacités pour faire des cartes un support formidable de la pensée. C’est pourquoi, elle constitue l’axe principal de notre approche pour résoudre notre problématique de maîtrise de l’espace informationnel des organisations.