Conception collaborative du couple produit/usage : approche à travers des objets intermédiaires de conception

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approche à travers des objets intermédiaires de

conception

Ahmad Al Khatib

To cite this version:

Ahmad Al Khatib. Conception collaborative du couple produit/usage : approche à travers des ob-jets intermédiaires de conception. Autre. Université de Technologie de Belfort-Montbeliard, 2015. Français. �NNT : 2015BELF0273�. �tel-01875366�

THESE

DOCTEUR

Spécialité : Sciences pour l’ingénieur (Génie Mécanique)

Ahmad AL KHATIB

Conception collaborative du couple produit/usage :

approche à travers des objets intermédiaires de

conception

Jury

Améziane AOUSSAT, Professeur des Universités, École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers, ParisTech, Paris, président

Morad MAHDJOUB, Maître de Conférences, Université de Technologie de Belfort-Montbéliard, UBFC, Belfort, co-encadrant de thèse

Jean-Claude SAGOT, Professeur des Universités, Université de Technologie de Belfort-Montbéliard, UBFC, Belfort, directeur de thèse

Serge TICHKIEWITCH, Professeur Emérite, G-SCOP, Institut National Polytechnique de Grenoble, Grenoble, rapporteur

Patrick TRUCHOT, Professeur des Universités, École Nationale Supérieure en Génie des Systèmes et de l'Innovation, INPL, Nancy, rapporteur

Je tiens, tout d'abord à remercier le professeur Serge TICHKIEWITCH de l’Institut National Polytechnique de Grenoble (G-SCOP, Grenoble INP) qui m'a fait l'honneur d'accepter d’être rapporteur de mes travaux de thèse. Je le remercie pour les échanges constructifs et pour l’intérêt qu'il a porté à mon travail. Merci de m’avoir reçu et de votre aide précieuse pour la rédaction finale du présent document.

Je tiens ensuite à exprimer ma reconnaissance envers le professeur Patrick TRUCHOT de l’École Nationale Supérieure en Génie des Systèmes et de l'Innovation (ENSGSI, INPL) pour l'attention qu'il a porté à mes travaux de recherche et pour avoir accepté d'être rapporteur de cette thèse.

Je remercie aussi le professeur Améziane AOUSSAT de l’École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers (ENSAM, ParisTech) pour l’honneur qu’il nous a fait en acceptant de juger ce travail et de présider mon jury de thèse.

J’adresse mes remerciements au professeur Jean-Claude SAGOT, responsable de l’équipe d’ERgonomie et la COnception des Systèmes (ERCOS) de l’Université de Technologie de Belfort-Montbéliard (UTBM), de m’avoir accueilli au sein de son équipe et d’avoir encadré et suivi mes travaux de recherche. Je le remercie pour ses nombreux conseils avisés, pour son soutien mais aussi pour l’autonomie qu’il a su m’accorder pour réaliser ces travaux.

Je tiens tout particulièrement à adresser mes remerciements sincères à Morad MAHDJOUB, Maître de conférences à l’UTBM et co-encadrant de ma thèse, qui, sans lui, cette thèse n’aura jamais pu se faire. Merci Morad pour ta patience, ton soutien scientifique comme moral, ton temps et ton aide très précieuse durant ces années de thèse.

Je remercie aussi Jean-Bernard BLUNTZER, Maître de conférences à l’UTBM, pour son investissement, son esprit critique et ouvert, ses conseils et son aide durant mes années de thèse. Merci JB d’avoir lu ma thèse et pour ton soutien surtout dans la dernière ligne droite. Je tiens également à remercier Morgane Roger, enseignant-chercheur au sein de l’équipe ERCOS, pour l’ensemble de ses conseils avisés.

Je remercie l’ensemble des membres de l’équipe ERCOS pour leur accueil et leur disponibilité. J’exprime aussi mes remerciements à Nicolas VIGNAIS, Enseignant-Chercheur à l’UTBM, et Florence BAZZARO, Maitre de conférences à l’UTBM, pour la relecture du mémoire et les conseils qu’ils ont pu m’apporter. Je pense à tous les doctorants de l’équipe, actuels et anciens, avec lesquels j’ai vécu cette expérience humaine de thèse (Merci Ana-Maria pour ta sympathie, on reste toujours en contacte. Damien ! On tient le bon bout! Bon courage!). Je n’oublie pas de remercier les ingénieurs de recherche Jérôme, Maxime et Fabien pour leur sympathie et les bons moments qu’on a partagés ensemble. Je souhaite aussi adresser mes remerciements à l’ensemble des enseignants-chercheurs, techniciens de recherche de l’équipe ERCOS, Antoine, Hugues, Rija, Thierry, Marjorie, Régis, Sébastien, Gérard, Bernard. Enfin je remercie aussi Sylvie et Virginie pour leurs disponibilités et leurs appuis administratifs.

D’autre part, je tiens à remercier tous les élèves-ingénieurs de l’UTBM qui ont participé aux différentes expérimentations de nos travaux de thèse.

Mes très profonds remerciements sont adressés à ma famille à laquelle je n’ai pas arrêté de penser durant toutes ces années de thèse. Merci pour votre confiance, votre compréhension, pour votre soutien moral même au moment où vous vous en aviez besoin. Durant la thèse, je pense aussi à mon frère qui aussi toujours été une source de courage pour moi. Finalement, je n’oublie pas de remercier mes amis qui m’ont apporté leur soutien.

Remerciements ... 3

Liste des illustrations ... 10

Liste des tableaux ... 16

Chapitre 1

Introduction générale

1.1 Introduction ... 18

1.2 Contexte général de notre recherche ... 18

1.3 Positionnement scientifique et champ de la problématique ... 20

1.4 Plan de la thèse ... 22

Chapitre 2

État de l’art et problématique de recherche

2.1 Introduction ... 26

2.2 L’innovation par l’usage du produit ... 27

2.2.1 Définition de l’innovation ... 27

2.2.2 Les différentes typologies d’innovation ... 27

2.2.3 L’innovation : une création de valeur par l’usage ... 29

2.2.4 L’usage du Produit ... 32

2.2.4.1 Définition de l’usage ... 32

2.2.4.2 Expérience utilisateur (UX) ... 34

2.3 De la conception de produit à la conception du couple produit/usage ... 37

2.3.1 Le processus de conception de produit ... 37

2.3.1.1 Définition de la conception ... 37

2.3.1.2 Les modèles de processus de conception ... 38

2.3.2 De la conception centrée sur l’Homme à la conception produit/usage ... 44

2.3.2.1 La conception centrée sur l’Homme ... 44

2.3.3.2 L’ergonome et l’ergonomie ... 49

2.3.3.3 Le designer industriel et le design industriel ... 51

2.3.4 Les différents efforts pour l’intégration de l’usage dans la conception du produit : articulation multidisciplinaire ... 52

2.3.4.1 Intégration de l’usage à travers l’articulation ‘ergonomie-mécanique’ ... 53

2.3.4.2 Intégration de l’usage à travers l’articulation ‘ergonomie-mécanique-design industriel’ 57 2.4 La conception collaborative ... 59

2.4.1 Définition de la conception collaborative ... 59

2.4.2 Coopération et collaboration ... 60

2.4.3 Les différentes étapes de la conception collaborative ... 61

2.4.4 Les facteurs liés à l’application de la conception collaborative ... 64

2.4.5 Une collaboration multidisciplinaire pour concevoir le couple produit/usage ... 66

2.5 Convergence multidisciplinaire et Objets Intermédiaires de Conception (OICs) ... 69

2.5.1 Notion de mondes de la conception ... 69

2.5.2 Phases de convergence multidisciplinaire ... 70

2.5.3 Difficultés dans les phases de convergence produit/usage ... 73

2.5.4 Objets pour supporter les phases de convergence multidisciplinaire ... 75

2.5.5 Exemples de différentes formes d’OICs ... 81

2.5.5.1 Les croquis 2D ... 83

2.5.5.2 La maquette physique et le prototype physique ... 83

2.5.5.3 La maquette numérique ... 84

2.5.5.4 La maquette et le prototype virtuel ... 87

2.5.6 Limites liées à la définition des OICs pour les phases de convergence ... 89

2.6 Synthèse et problématique de recherche ... 91

2.6.1 Synthèse ... 91

2.6.2 Problématique et hypothèses de recherche... 95

3.1 Introduction ... 99

3.2 Pré-étude MobyPost RP1 : utilisation de 3 OICs ... 100

3.2.1 Contexte : présentation du projet MobyPost ... 100

3.2.2 Objectifs du cas de convergence et problématique industrielle ... 101

3.2.3 Moyens et développements utilisés ... 103

3.2.4 Déroulement de la revue de projet ... 106

3.2.5 Résultats descriptifs et discussions de la pré-étude ... 108

3.3 Série expérimentale 1 : valorisation de la collaboration en réalité virtuelle ... 115

3.3.1 Justification et description de l’outil développé ... 116

3.3.2 Cas d’application industriel de Virtusketches : MobyPost RP2... 119

3.3.2.1 Objectifs ... 119

3.3.2.2 Résultats et déroulement de la revue de projet ... 120

3.3.3 Virtusketches : Expérimentation 1 P.P... 125

3.3.3.1 Objectifs et cadre de l’étude ... 125

3.3.3.2 Les outils utilisés et procédures ... 127

3.3.3.3 Recueil des données ... 129

3.3.3.4 Outils statistiques utilisés pour traiter les données recueillies ... 130

3.3.3.5 Résultats et discussion ... 131

3.3.4 Synthèse et discussion de la première série expérimentale ... 137

3.4 Etude comparative de deux types d’OIC : Expérimentation 2 P.P. ... 141

3.4.1 Objectifs ... 141

3.4.2 Cadre de l’expérimentation ... 142

3.4.3 Méthode et outils utilisés ... 144

3.4.4 Recueil des données ... 149

3.4.5 Critères d’évaluation ... 150

3.4.5.1 Critères d’évaluation de la qualité de la collaboration ... 150

3.4.5.2 Critères d’évaluation des objectifs réalisés ... 152

3.4.8.1 Comparaison de la qualité de collaboration obtenue avec un prototype virtuel et un

modèle CAO : sous-hypothèse H2.1 ... 157

3.4.8.2 Comparaison des apports de chaque OIC concernant les critères de qualité de la collaboration en fonction de la phase du processus : sous-hypothèse H2.2 ... 163

3.4.8.3 Comparaison des objectifs réalisés entre prototype virtuel et modèle CAO : sous-hypothèse H2.3 ... 168

3.4.8.4 Comparaison des apports de chaque OIC concernant les objectifs réalisés en fonction de la phase du processus : sous-hypothèse H2.4 ... 174

3.4.9 Discussions relatives à l’expérimentation 2 P.P. ... 177

3.5 Synthèse des résultats du chapitre 3 et introduction de l’hypothèse H3... 185

Chapitre 4

Proposition d’une Approche Globale de l’OIC

4.1 Introduction ... 191

4.2 Approche globale de FoRmalisation des OICs (AFRO) ... 191

4.2.1 Le modèle du cas de convergence ... 193

4.2.2 Le modèle du produit ... 194

4.2.3 Le modèle de l’usage du produit ... 195

4.2.4 Le modèle des interactions dédiées aux acteurs métiers ... 197

4.2.5 Le modèle des outils support... 199

4.2.6 Le modèles de règles et instructions ... 200

4.2.7 Contenu et fidélité de l’OIC ... 202

4.3 Démarche méthodologique de Choix et de Définition des OICs (DCDO) et son implémentation 205 4.3.1 La démarche méthodologique DCDO ... 205

4.3.2 Implémentation de la démarche DCDO ... 209

4.4 Expérimentation 3 P.P. (3ème expérimentation portant sur des Projets Pédagogiques 3) ... 212

4.4.1 Objectifs ... 212

4.4.2 Cadre de l’étude ... 212

4.5 Synthèse et discussions ... 227

Chapitre 5

Conclusion générale et perspectives

5.1 Rappel de la problématique générale ... 231

5.2 Apports de nos résultats ... 233

5.3 Les limites de nos travaux ... 239

5.4 Perspectives ... 240

Bibliographie

Annexes

Annexe 1 : Questionnaire de l’expérimentation 1 P.P... 265

Partie 1 : Questionnaire générale ... 265

Partie 2 : Questionnaire sketching/Prevercos ... 268

Annexe 2 : Questionnaire de l’expérimentation 2 P.P... 271

Partie 1 : Questionnaire individuel ... 271

Partie 2 : Questionnaire générale après chaque session de revue de projet ... 273

Partie 3 : Questionnaire ultérieur à la fin du projet ... 278

Annexe 3 : Comparaison de la qualité de collaboration obtenue avec un prototype virtuel et un modèle CAO : sous-hypothèse H2.1 ... 279

Annexe 4 : Comparaison des apports de chaque OIC concernant les critères de qualité de la collaboration en fonction de la phase du processus : sous-hypothèse H2.2 ... 282

Annexe 5 : Comparaison des objectifs réalisés entre prototype virtuel et modèle CAO : sous-hypothèse H2.3 ... 284

Annexe 6 : Comparaison des apports de chaque OIC concernant les objectifs réalisés en fonction de la phase du processus: sous-hypothèse H2.4 ... 286

Annexe 7 : Questionnaire de l’expérimentation 3 P.P... 288

Partie 1 : Questionnaire générale ... 288

2. Structure des données ... 291

2.1 Règle d’écriture ... 291

2.2 Données existantes... 291

2.3 Analyse fonctionnelle ... 291

2.4 Module réunion – phase 1 ... 292

2.5 Module réunion – phase 2 ... 293

Annexe 9 : Support du module de revue de projet dans ARAS ... 294

1. Préparer une revue de projet ... 294

2. Réalisation de la revue de projet ... 305

3. Phase du retour d’expérience ... 307

Résumé

Figure 1. Le processus de conception comme une série de divergence/convergence [Cross, 2000] .... 22

Figure 2. La stratégie de l’innovation par la conception proposée par Verganti (2013) ... 29

Figure 3. L’augmentation de la valeur de produit vue selon deux perspectives : la perspective vue par les consommateurs (à gauche), la perceptive vue par l’entreprise (à droite) [Schmitt et al., 2015] ... 31

Figure 4. Les trois composantes de l’usage (Représenté par le language : Object Modelling Technique [Rumbaugh, 1991]) ... 33

Figure 5. Domaines de l’expérience utilisateur [Brangier et Bastien, 2010]... 36

Figure 6. Modèle du processus de conception issu des travaux de notre laboratoire IRTES [Sagot, 1999 ; Sagot et al., 2003 ; Mahdjoub, 2007 ; Bluntzer, 2009] ... 41

Figure 7. Le modèle de donnés du produit proposé par les travaux du laboratoire G-SCOP à travers les notions de composants, liens et relations [Chapa Kasusky, E. C., 1997] ... 43

Figure 8. Trois préconcepts proposés d’un tire-bouchon avec les usages associés ... 47

Figure 9. L’usage de produit adopté du tire-bouchon pneumatique défini comme accepté par les utilisateurs ... 47

Figure 10. Les différentes solutions mécanique et pneumatique choisies afin de fournir l’expérience utilisateur demandée ... 47

Figure 11. Des ingénieurs en mécanique modifient un poste de travail en EV par l’intermédiaire d’une tablette tactile, et aidés par des guides ergonomiques intégrés à l’environnement virtuel [Al khatib et al., 2011a] ... 54

Figure 12. Articulation de l’analyse ergonomique avec le processus de conception d’après [Duchamps, 1999] ... 56

Figure 13. Méthodologie de conception centrée sur l’Homme traduisant l’articulation "Ergonomie – Conception" [Chitescu et al., 2003] ... 56

Figure 14. Représentation simplifiée de l’approche globale du processus de conception Guerlesquin (2012) ... 58

Figure 15. Le modèle de la conception collaborative proposé par [Kvan, 2000] ... 60

Figure 16. L’approche de 3-T (Transfer, Translation et Transformation) de Carlile (2004) ... 62

Figure 17. Typologie des relations entre les connaissances tacites et explicites d’après Nonaka et Takeuchi (1995) ... 64

Figure 18. Les éléments de collaboration d’après [Weiseth et al., 2006] ... 65

Figure 19. Conception de produits – carrefour de disciplines [Aoussat et Le Coq, 1998] ... 68

Figure 20. Modèle de divergence-convergence de Van Der Lugt (2001) ... 70

Figure 21. une représentation des phases de convergence multidisciplinaire d’après Lu et al., (2007).72 Figure 22. Les modèles mentaux de chaque acteur métier ... 73

de Guerlesquin (2012) ... 82

Figure 26. Différentes formes des OICs utilisés au cours du projet étudiants tire-bouchons (croquis main, mise en plan, 2D numérique, modèles CAO, prototype virtuel, etc.) ... 82

Figure 27. La roue de la maquette numérique, les trois dimensions de la maquette numérique [Dolezal, 2008] ... 86

Figure 28. Positionnement de nos travaux de recherche ... 91

Figure 29. Modélisation de l’usage du produit par la méthode UML [Rumbaugh et al., 2004] ... 92

Figure 30. Trois stratégies de conception : (a) du produit puis de l’usage ; (b) de l’usage puis du produit ; (c) du couple ‘produit-usage’ ... 93

Figure 31. Le processus de conception de produit comme une série des phases de convergence et de divergence multidisciplinaires ... 94

Figure 32. Schéma représentant les différentes étapes de nos expérimentations dans les chapitres suivants (RP signifie Revue de Projet ; P.P. signifie portant sur des Projets Pédagogiques) ... 97

Figure 33. Les points de vue à étudier dans le cadre du cas de convergence ... 103

Figure 34. La plateforme Visioconcept ... 104

Figure 35. Le simulateur d’Architectures d’habitacles SArHA ... 104

Figure 36. La plate-forme de la réalité virtuelle utilisée pour la revue de projet ... 106

Figure 37. Le déroulement de la revue de projet sur les trois plateformes ... 107

Figure 38. la largeur et la hauteur du pavillon ... 109

Figure 39. Trois étapes de convergence ... 110

Figure 40. Une négociation entre les acteurs sur Visioconcept (à gauche), un échange et une synchronisation mentale sur la plateforme SArHA (à droite) ... 110

Figure 41. Un acteur simule la distribution du courrier depuis le poste de conduite (à gauche), un acteur visualise le prototype virtuel du concept d’un point de vue extérieur (à droite) ... 111

Figure 42. Les OICs au centre du processus d’interaction sociale entre les acteurs métiers [adapté de Hey et al. (2007)]... 112

Figure 43. Le positionnement des OICs utilisés durant la revue de projet dans le cadran D du classement proposé par Jeantet et al. (1996) ... 112

Figure 44. Schéma représentant les étapes de nos expérimentations (état1) ... 115

Figure 45. La plateforme de la réalité virtuelle (A), la tablette graphique (B) et un écran déporté (C) pour mettre en œuvre l’outil Virtusketches. ... 117

Figure 46. Schéma représentant l’utilisation de l’outil Virtusketches [Al khatib et al., 2013a] ... 118

Figure 47. Exemple de l’utilisation de l’outil Virtusketches sur la plateforme de réalité virtuelle. De gauche à droite, le concepteur repère un point à traiter puis dans un deuxième temps en prend un snapshot et enfin il peut le traiter sur la tablette graphique. ... 119

deux modèles (a et b), ensuite le designer industriel explique ces idées à l’aide de l’outil de sketch (c et

d) ... 121

Figure 49. Snapshots annotés par le designer industriel durant son échange avec l’ingénieur mécanicien ... 122

Figure 50. Ajouter les modifications sur le modèle CAO par l’intermédiaire des sketches sur les snapshots. ... 122

Figure 51. L’échange entre les acteurs métiers sur la partie avant du véhicule et les snapshots annotés par le designer industriel durant cet échange... 123

Figure 52. L’échange entre les acteurs métiers sur l’accessibilité des piles à combustible et un snapshot annoté lors de l’échange ... 124

Figure 53. Les étudiants prennent des snapshots du prototype virtuel (a, b), des exemples de snapshots annotés par les étudiants (c, d) ... 128

Figure 54. Les pourcentages des étudiants (N= 120) répondant de manière positive sur l’apport des outils utilisés vis-à-vis des différents critères ... 132

Figure 55. Les résultats du test non paramétrique de Mann-Whitney vis-à-vis l’apport des outils utilisés au niveau de différents critères [** pour p≤ 0.01, * pour p≤ 0.05] ... 134

Figure 56. Les pourcentages des étudiants (N = 120) répondants de manière positive sur l’apport des outils de sketch et d’annotation 2D ... 136

Figure 57. Les contextes d’utilisation des outils de sketch et d’annotation 2D ... 136

Figure 58. Les outils utilisés pour la deuxième revue de projet MobyPost (MobyPost RP2) : plateforme de réalité virtuelle, système CAO, tablette graphique ... 139

Figure 59. Schéma représentant les étapes de nos expérimentations (état 3) ... 141

Figure 60. La plateforme de Visioconcept avec le système CAO (CATIA V5) ... 146

Figure 61. La plateforme de réalité virtuelle utilisée dans le cadre l’expérimentation ... 147

Figure 62. Récapitulatif des résultats du test des rangs signés de Wilcoxon entre le prototype virtuel et le modèle CAO concernant les critères de la première dimension de la collaboration [** pour p < 0.01, * pour p < 0.05] ... 160

Figure 63. Récapitulatif des résultats du test des rangs signés de Wilcoxon concernant les critères de la deuxième dimension de la collaboration « efficacité de la revue de projet » [** pour p < 0.01, * pour p < 0.05] ... 162

Figure 64. Récapitulatif des résultats du test des rangs de Wilcoxon de la différence entre le prototype virtuel et le modèle CAO concernant les critères de la troisième dimension de la collaboration « compréhension monodisciplinaire » [** pour p < 0.01, * pour p < 0.05] ... 163

pour p < 0.05] ... 165 Figure 66. Le résultat du test des rangs signés de Wilcoxon de la différence entre les deux phases de conception concernant le critère de la compréhension monodisciplinaire du produit par les concepteurs pour le prototype virtuel [* pour p < 0.05] ... 166 Figure 67. Le résultat du test des rangs signés de Wilcoxon de la différence entre les deux phases de conception concernant le critère de participation effective de chaque concepteur pour le modèle CAO [* pour p < 0.05] ... 167 Figure 68. Le résultat du test des rangs signés de Wilcoxon de la différence entre les deux phases de conception concernant le critère de compréhension monodisciplinaire du produit par les concepteurs pour le modèle CAO [* pour p < 0.05] ... 168 Figure 69. Résultats du test des ranges signés de Wilcoxon de la différence entre les deux OICs utilisés concernant les critères de conception mécanique [** pour p < 0.01, * pour p < 0.05] ... 169 Figure 70. Résultats du test des ranges signés de Wilcoxon de la différence entre les deux OICs utilisés concernant les critères d’ergonomie de conception [** pour p < 0.01, * pour p < 0.05] ... 170 Figure 71. Résultats du test des ranges signés de Wilcoxon de la différence entre les deux OICs utilisés concernant les critères en design industriel [** pour p < 0.01, * pour p < 0.05] ... 171 Figure 72. Résultats du test d’ajustement du Khi-deux concernant les critères de conception mécanique [** pour p < 0.01, * pour p < 0.05] ... 172 Figure 73. Résultats du test d’ajustement du Khi-deux concernant les critères d’ergonomie de conception [** pour p < 0.01, * pour p < 0.05, NS pour p > 0.05] ... 173 Figure 74. Résultats du test d’ajustement du Khi-deux concernant les critères en design industriel [** pour p < 0.01, * pour p < 0.05] ... 174 Figure 75. Le résultat du test des rangs signés de Wilcoxon de la différence entre les deux phases de conception concernant les critères de conception issus de trois métiers considérés [* pour p < 0.05, ** pour p < 0.01] ... 175 Figure 76. Le résultat du test des rangs signés de Wilcoxon de la différence entre les deux phases de conception concernant les critères de conception des trois métiers considérés [* pour p < 0.05, ** pour p < 0.01] ... 177 Figure 77 . Schéma représentant les différentes étapes de nos expérimentations (état 4) ... 189 Figure 78. L’approche globale de l’OIC proposée dans nos travaux de recherche ... 192 Figure 79. Le modèle du produit concernant le châssis proposé par le fabricant sur la plateforme de réalité virtuelle (à gauche); le modèle du produit concernant les solutions ergonomiques proposées par l’équipe ERCOS sur la plateforme de réalité virtuelle (à droite). ... 195 Figure 80. Un exemple du modèle de l’usage dans le cadre du projet MobyPost ; l’utilisateur assis sur un siège auto réel (a) peut simuler les gestes des facteurs lors de la distribution des courriers (b) .... 197

du véhicule en cours de définition (b) ... 197 Figure 82. Un exemple du modèle des interactions en environnement virtuel dans le cadre du projet MobyPost. L’acteur métier affiche le mannequin numérique (a) ; l’acteur prend un snapshot de son point de vue en environnement virtuel (b) ; l’acteur affiche la zone d’accessibilité (c) ; l’acteur affiche le champ de visibilité (d) ... 199 Figure 83. Le prototype virtuel de la machine de sablage sur la plateforme de réalité virtuelle ... 200 Figure 84. Un exemple du modèle des interactions en environnement virtuel dans le cadre du projet MobyPost ... 201 Figure 85. La notion de la fidélité pour les différents modèles de l’OIC ... 204 Figure 86. La fenêtre principale du module de revue de projet, dans le système ARAS, développé dans le cadre de nos travaux de thèse ... 211 Figure 87. La définition des éléments relatifs à l’OIC dans le module de revue de projet ... 211 Figure 88. Le transfert des fonctions et des critères de valeurs entre le logiciel TDC d’analyse fonctionnelle et le système Aras Innovator à travers l’outil NASH. Cela permet aux étudiants de choisir les fonctions et les critères de valeur dans le module de revue de projet durant la préparation de la revue de projet sur le couple produit/usage ... 214 Figure 89. Le concept final du combiné d’usinage développé dans le cadre d’un projet étudiant à l’UTBM ... 217 Figure 90. Les différents éléments du combiné d’usinage représentés dans le prototype virtuel ... 219 Figure 91. La combinaison de vieillesse utilisée dans le cadre de la revue de projet [Adam-Rouilly, 2015] ... 220 Figure 92. La revue de projet en environnement virtuel dans le cadre du projet combiné d’usinage. A gauche de la figure, le responsable ergonomie usage porte la combinaison dite de « vieillesse » (voir texte). ... 221 Figure 93. Exemple des snapshots pris en environnement virtuel lors de la revue de projet ... 222 Figure 94. Le modèle des instructions pour interagir avec le prototype virtuel ... 222 Figure 95. Une illustration des différents modèles de l’OIC utilisé pour la revue de projet « combiné d’usinage » ... 223 Figure 96. Les résultats relatifs à l’utilité du module de revue de projet perçue par les étudiants (pourcentage des étudiants ayant donné un score > 3 sur l’échelle de Likert) ... 224 Figure 97. Les résultats relatifs à la pertinence de la démarche proposée dans le module de revue de projet (pourcentages des étudiants ayant donné un score > 3 sur l’échelle de Likert) ... 225 Figure 98. Les résultats de l’utilisabilité perçue du module de revue de projet à travers le questionnaire SUS ... 226

Figure 100 . Ajouter une revue de projet ... 294

Figure 101 . La définition des participants et des objectifs de la revue de projet ... 295

Figure 102 . Ajouter des critères de valeurs pour l'évaluer dans la revue de projet ... 296

Figure 103 . La recherche des critères de valeur en fonction de projet ... 296

Figure 104 . Ajouter un scénario d'usage dans la revue de projet ... 297

Figure 105 . Ajouter des items pour les représenter dans la revue de projet ... 297

Figure 106 . La fenêtre du contexte de l'usage ... 298

Figure 107 . La fenêtre de l'utilisateur du produit ... 299

Figure 108 . La fenêtre des interactions de l'utilisateur du produit ... 299

Figure 109 . Ajouter des points de vue pour définir l'architecture du produit à représenter ... 300

Figure 110 . Ajouter les parts dans chaque point de vue ... 301

Figure 111 . Ajouter les fonctions du produit à représenter dans la revue de projet ... 301

Figure 112 . Le choix de critères de valeur et les méthodes et les outils d'évaluation ... 302

Figure 113 . Ajouter des modifications potentielles ... 303

Figure 114. Le choix des outils et des technologies pour la revue de projet ... 304

Figure 115. Changer l'état de la revue de projet ... 305

Figure 116. Les parties à aborder pendant la revue de projet ... 306

Figure 117. Ajouter la liste des tâches ... 307

Tableau 1. Les projets de conception et les revues de projet dans deux phases du processus de conception. ... 127 Tableau 2. Les résultats descriptifs des scores des étudiants en ce qui concerne l’apport des outils utilisés dans la revue de projet. La moyenne et l’écart-type sont utilisés lorsque les scores sont calculés à travers plusieurs questions dans notre questionnaire [Boone et Boone, 2012]. ... 131 Tableau 3. Les résultats du test non paramétrique de Mann-Whitney vis-à-vis de l’apport des outils utilisés au niveau de différents critères. Les critères pour lesquels les scores des étudiants sont significativement différents entre les deux phases sont en gras ... 133 Tableau 4. Les résultats descriptifs des scores des étudiants en ce qui concerne l’apport des outils utilisés dans la revue de projet ... 135 Tableau 5. Les résultats du test non paramétrique de Mann-Whitney vis-à-vis l’apport de l’outil de sketch et d’annotations 2D au niveau de différents critères. ... 137 Tableau 6. Les plateformes utilisées durant les sessions de revues de projet dans la phase de préconcepts et la phase de développement ... 146 Tableau 7. Les différentes interactions fournies aux étudiantes sur la plateforme de réalité virtuelle dans les sessions de revues de projet dans la phase des préconcepts et la phase de développement (Part 1) ... 148 Tableau 8. Les différentes interactions fournies aux étudiantes sur la plateforme de réalité virtuelle dans les sessions de revues de projet dans la phase des préconcepts et la phase de développement (Part 2) ... 149 Tableau 9. Tableau récapitulatif des liens entre les hypothèses opérationnelles, critères d’analyse et numéros des questions associées ... 154 Tableau 10. Récapitulatifs des résultats relatifs à la première sous-hypothèse opérationnelle H 2.1 de cette expérimentation « La qualité de la collaboration des acteurs métiers devrait être différente en fonction de l’OIC utilisé dans les phases de convergence multidisciplinaire sur le couple produit/usage » [NS : résultat non significatif] ... 180 Tableau 11. Résultats de deux tests concernant la troisième sous- hypothèse de l’expérimentation pour les critères de conception mécanique (NS : résultats Non-Significatifs) ... 182 Tableau 12. Résultats de deux tests concernant la troisième sous-hypothèse de l’expérimentation pour les critères en ergonomie de conception (NS : résultats Non-Significatifs) ... 182 Tableau 13. Résultats de deux tests concernant la troisième sous-hypothèse de l’expérimentation pour les critères en design industriel (NS : résultats Non-Significatifs) ... 183 Tableau 14. Les moyens utilisés pour chacun des projets (définis de manière arbitraire) ... 215 Tableau 15. Un exemple des différentes fonctions et critères de valeurs ... 218

Chapitre 1

Introduction générale

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1.1 Introduction

L’objectif de ce premier chapitre est d’introduire nos travaux de thèse conduits au sein de l’équipe ERgonomie et la COnception des Systèmes (ERCOS) de l’Institut de Recherche sur les Transports, l’Energie et la Société (IRTES, E. A. n° 7274), de l’Université de Technologie de Belfort Montbéliard (UTBM). Situé dans le champ du génie industriel, ce travail de recherche porte sur la conception de produits centrée sur l’Homme. Il a pour objet d’améliorer l’intégration de l’Homme, ses caractéristiques, ses attentes et besoins dans le processus de conception de produits à travers une meilleure collaboration des acteurs métiers impliqués.

Nous présentons, dans un premier temps, le contexte général dans lequel se déroulent nos travaux de recherche. Nous évoquerons en particulier la nécessité d’innover dans le contexte économique actuel qui pousse les entreprises à proposer de nouveaux produits de plus en plus innovants. Nous mettons ainsi en évidence que l’intégration de l’usage à travers la prise en compte des besoins, attentes et caractéristiques des utilisateurs dans le processus de conception de produits peut être une voie possible de réponse pour innover en conception de produits.

Ce contexte général nous permettra ensuite de positionner nos travaux de thèse au croisement des Sciences Pour l’Ingénieur et des Sciences Humaines et Sociales. Nous montrons ainsi que ce contexte implique la mise en place d’équipes de conception multidisciplinaires et une forte collaboration entre trois champs disciplinaires majeurs: l’ergonomie, le design industriel et la conception mécanique, qui interviennent au cœur de la conception de produits et de l’usage associé. Cela nous amènera à introduire notre problématique générale de recherche qui est d’étudier comment mieux intégrer l’usage du produit à travers l’amélioration des phases de collaboration multidisciplinaire pour la conception du produit et de l’usage associé.

Enfin, sur la base de notre positionnement, nous proposons de décrire le plan de notre mémoire de thèse dans le chapitre qui suit.

1.2 Contexte général de notre recherche

Aujourd’hui, les entreprises sont confrontées à un environnement industriel caractérisé par une forte concurrence mondiale dans un contexte de faible croissance. La guerre concurrentielle est de plus en plus fréquente et de plus en plus violente [Duquesnois et al., 2010]. Ainsi, la plupart des entreprises industrielles participe à cette «hyper compétition» ou commence à y participer. Dans ce contexte, les industriels doivent élaborer des nouvelles stratégies innovantes et créer des avantages compétitifs vis-à-vis des concurrents afin de consolider leurs places sur le marché. Pour ce faire, les entreprises se sont

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souvent attachées à réduire les coûts de revient (tout en ayant une qualité acceptable) ou encore à obtenir un rapport produit/service/qualité le meilleur (à coûts objectifs) [Hall, 1981; Duquesnois et al., 2010]. Ainsi, les entreprises ont désormais pour objectif de concevoir des produits plus vite et moins chers, avec une qualité au moins égale, voire croissante.

En face du triptyque qualité-coûts-délais, le succès d’une entreprise est directement lié à l’acheteur qui décide d’acheter, ou non, ses produits. Il est donc primordial de prendre en compte sa demande, ses attentes et ses besoins de manière optimale. En effet, les acheteurs achètent avant tout des produits qui ont une certaine correspondance entre le besoin et les caractéristiques du produit. Ces caractéristiques n’incluent pas seulement les aspects techniques du produit, mais aussi les aspects d’usage. L’importance des aspects d’usage a été mise en évidence par de nombreux auteurs dans la littérature parmi lesquels nous pouvons citer Norman (2002), Jordan (2003) ainsi que Brangier et Barcenilla (2003). En effet, une meilleure adéquation aux données biométriques, sociales, culturelles, émotionnelles de l’utilisateur avec le produit et son utilisateur à travers la notion d’usage permet aux entreprises d’obtenir un avantage commercial dans un contexte de plus en plus concurrentiel. La valeur accordée à l’utilisateur à travers le produit peut être un critère qui permet aux entreprises de se démarquer par rapport aux autres entreprises existantes sur le marché. Ainsi, l’usage du produit devient un des facteurs primordiaux pour créer de la valeur pour l’utilisateur et, par conséquent, pour les entreprises à travers l’intégration de différentes dimensions et caractéristiques relatives à l’utilisateur [Maxant, 2004; Vallette, 2005].

Si les enjeux industriels liés à l’innovation sont désormais bien clairs pour les entreprises industrielles, il s’avère que le passage de la recherche à l’innovation, véritable facteur crucial du développement économique, peut être analysé aussi sous l’angle des dynamiques d’usage des nouveaux produits et services, ainsi que de l’acceptabilité sociale [Nelson et al., 2009 ; 2010 ; Plos et al., 2011]. Cela vise à analyser, étudier et à adapter les usages liés aux nouvelles technologies et nouveaux produits à travers les différentes approches de l’expérience utilisateur. Il s’agit de réduire la fracture entre ce qui est ‘conçu’ par les concepteurs et ce qui ‘vécu’ par les utilisateurs.

Dans ce cadre, nous parlons actuellement d’une nouvelle nature de l’innovation. Il s’agit de l’innovation par l’usage(s), une notion introduite par Pizelle et al. (2014) dans leur livre intitulé « Innover par les usages ». Le réseau SYNERSUD [Noov‘lR, 2014] élargit l’innovation à travers la proposition d’autres natures de l’innovation à côté de « l’innovation technologique ». Parmi ces natures, il propose l’innovation d’usage comme « le changement introduit dans la manière d’utiliser le produit ou de consommer le service. La mise en place d’une nouvelle facilité d’usage pour répondre à des besoins du marché ou anticiper sur des futurs besoins» [Noov‘lR, 2014]. L’objectif de l’innovation de l’usage est de développer de nouveaux concepts, produits et services qui répondront aux besoins, attentes et caractéristiques des utilisateurs et à leurs valeurs. Dans ce cas, l’innovation est

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alimentée par une compréhension approfondie de ce que les gens veulent et ont besoin dans leur vie, de ce qu’ils aiment ou n’aiment pas dans la façon dont certains produits sont conçus, fabriqués, vendus, etc.

Ainsi, nous inscrivons nos travaux de thèse dans ce contexte de l’innovation par l’usage dans le processus de conception de produits nouveaux. Dans la partie suivante, nous proposons de positionner nos travaux de thèse et de présenter le champ de la problématique de notre recherche.

1.3 Positionnement scientifique et champ de la problématique

En accord avec le contexte général de nos travaux de thèse, un produit qui fonctionne bien ne suffit plus pour innover sur le marché. En effet, de nombreux produits restent difficiles à utiliser et sont inadaptés à l’utilisateur final. La qualité de l’usage du produit devient ainsi un facteur qui peut différencier deux produits similaires d’un point de vue technique [Sagot, 1996 ; Sagot, 1999 ; Mahdjoub, 2007]. Dans ce contexte, l’enjeu est de permettre la prise en compte de l’usage dans le processus de conception de produits à travers une approche de conception centrée sur l’Homme. Dans cette approche, l’utilisateur et ses besoins doivent pouvoir être impliqués directement ou indirectement dans le processus de conception. Cette approche de conception centrée sur l’Homme implique la mise en place d’équipes de conception pluridisciplinaires qui doivent travailler en étroite collaboration. En effet, le succès de cette collaboration entre différents acteurs métiers autour du produit et de l’usage associé peut être un des moyens pour une meilleure prise en compte de l’Homme dans la conception de produits, et par conséquent pour innover sur le marché. Pour cela, la problématique de l’innovation par l’usage devient aujourd’hui une question touchant à la collaboration des acteurs métiers [Mahdjoub et al., 2007 ; Ocnarescu et al., 2011].

Nous nous plaçons ainsi dans un contexte de conception intégrée qui vise à permettre, en aval du processus, l’anticipation, l’expression de tous les points de vue et la prise en compte de toutes contraintes venant des différents métiers relatifs à l’ensemble du cycle de vie du produit [Tichkiewitch, 1994 ; Jeantet et al., 1996]. Ainsi en accord avec les travaux de Brissaud et Tichkiewitch (2001), notre objectif est de mieux intégrer pour nous la « vue usage » dans le processus de conception à travers l’amélioration du travail collaboratif entre les acteurs métiers.

Ainsi, nous définissons les phases de travail collaboratif comme des phases durant lesquelles sont mis en commun aussi bien les objectifs que les tâches [Zaibet, 2006]. Les acteurs doivent travailler dans le but de remplir un même objectif, mais ils doivent surtout travailler ensemble, en même temps, en

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collaboration active. Dans le cadre de nos travaux, nous nous intéressons à l’étude des phases de travail collaboratif dites de convergence multidisciplinaire sur le couple produit/usage1. En effet, le processus de conception nécessite une succession de phases de divergence-convergence [Cross, 2000]. Dans le contexte de la collaboration multidisciplinaire, les phases de divergence permettent aux différents acteurs métiers de proposer une multitude de solutions qui peuvent rester cloisonner les unes par rapport aux autres. Selon nous, les phases de convergence multidisciplinaires sont des phases de travail collaboratif entre les acteurs métiers afin de faire converger les solutions individuelles apportées par chaque acteur métier à une seule solution commune. En synthèse, les différentes disciplines, connaissances et expériences qu’apportent les acteurs métiers dans les projets de conception, rendent souvent la collaboration difficile durant ces phases. Cette problématique est particulièrement vérifiée quand la collaboration implique des acteurs métiers relèvent des Sciences Humaines et Sociales et des Sciences Pour l’Ingénieur. Dans le cadre de nos travaux de thèse, nous nous focalisons plus particulièrement sur trois disciplines : l’ergonomie, le design industriel et la conception mécanique. En effet, ces trois disciplines sont reconnues dans la littérature comme disciplines majeures qui touchent à la conception du produit et son usage associé [Quarante, 1994 ; Minel, 2003 ; Ullman, 1992; Pei, 2009 ; Guerlesquin et Sagot, 2009]. Cela nous permet de positionner nos travaux sur l’étude de la collaboration entre ces disciplines pour mieux intégrer l’usage dans le processus de conception de produits [Mahdjoub et al., 2010]. Ainsi, dans le cadre de nos travaux de thèse, nous proposons la problématique s’appuyant sur la question suivante : « Comment peut-on améliorer la collaboration des acteurs métiers, issus des trois disciplines : ergonomie, design industriel et conception mécanique, dans les phases de convergence multidisciplinaires afin de mieux intégrer l’usage dans le processus de conception de produits nouveaux? ».

1

22

Figure 1. Le processus de conception comme une série de divergence/convergence [Cross, 2000]

Afin de répondre à cette problématique, nous nous intéressons plus particulièrement aux Objets Intermédiaires de Conception (OICs) (ex. prototype virtuel, maquette physique, etc.) comme moyen pour faciliter la collaboration entre les acteurs métiers [Vinck et Jeantet, 1995]. Les OICs représentent tous les artefacts de représentation du futur produit générés par les acteurs métiers de la conception [Boujut et Blanco, 2003]. En effet, bien que ces objets soient bien connus pour améliorer la collaboration, il reste encore des verrous méthodologiques et technologiques à lever relatifs à la définition et aux choix de ces objets. Ainsi, notre objectif est d’améliorer la collaboration entre les acteurs, à travers l’étude et la formalisation des OICs, une meilleure compréhension des apports de ces objets et la définition d’une méthodologie qui permettra aux acteurs métiers de les définir de manière plus pertinente par rapport à leurs propres besoins et attentes dans les phases de convergence.

La partie suivante permet de présenter le plan de ce manuscrit qui reflète le déroulement de l’ensemble de nos travaux de thèse.

1.4 Plan de la thèse

Dans le premier chapitre, nous présentons le contexte de nos travaux de recherche, le positionnement scientifique et détaillons le plan du mémoire.

Le deuxième chapitre présente une revue bibliographique sur les différents domaines, touchant à notre positionnement scientifique, afin de préciser notre problématique de recherche et les hypothèses associées. Ainsi, nous évoquons l’innovation et détaillons le processus de conception de produits et les différents modèles qui lui sont associés. Nous présentons ces processus comme une série de phases de

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divergence et de convergence que nous définissons. Nous soulignons ensuite que la satisfaction des contraintes techniques n’est plus suffisante pour le succès du produit sur le marché et que la prise en compte de l’usage est une des sources d’innovation dans la conception de produits.

Cela nous conduit à définir l’usage du produit et à le détailler en abordant la notion d’expérience utilisateur. Cette notion nous permet de mieux appréhender l’étendue des dimensions liées à l’usage (utilisabilité, émotionnalité, accessibilité et influençabilité). Nous décrivons ensuite la conception de produits centrée sur l’Homme et nous présentons chacun des métiers concernés par nos travaux de thèse, à savoir l’ergonomie, le design industriel et la conception mécanique. Nous détaillons ainsi les différents travaux s’attachant à intégrer, dans le processus de conception, l’expertise de l’ergonome et du designer industriel pour une meilleure prise en compte de l’usage. Nous mettons aussi en évidence que l’articulation de ces deux métiers avec la conception mécanique nécessite une collaboration étroite qui est encore assez peu étudiée.

Nous nous intéressons ensuite à l’étude de la conception collaborative qui permet la conception du produit à travers une collaboration entre les acteurs, de différentes disciplines, associés à son cycle de vie. Nous définissions ainsi les notions de « coopération » et de « collaboration » qui en sont le fondement. Ensuite, nous détaillons les notions de communication, de compréhension partagée et les différents facteurs influençant la conception collaborative. Afin d’étudier la collaboration entre les métiers concernés par nos travaux de thèse, nous introduisons les phases de convergence multidisciplinaire comme des points de rencontres où les membres des équipes multidisciplinaires peuvent travailler de manière simultanée et intégrée. Nous évoquons ensuite les difficultés de la convergence multidisciplinaire pour concevoir le couple produit/usage. Pour contourner ces difficultés, nous introduisons les OICs comme une des solutions possibles. Nous soulignons la diversité des OICs dans le processus de conception de produit et présentons quelques OICs en lien avec nos travaux de thèse. Nous abordons les difficultés liées à ces objets, qu’elles soient liées à leur définition ou à leur utilisation. Sur cette base d’état de la littérature, nous définissons notre problématique de thèse ainsi que les hypothèses de travail associées.

Dans le troisième chapitre, nous présentons une pré-étude exploratoire (MobyPost RP1, pour Revue Projet 1) d’une phase de convergence multidisciplinaire effectuée dans le cadre du projet européen MobyPost pour la conception d’un véhicule urbain pour la distribution du courrier. Cette pré-étude exploratoire se fait dans un objectif de clarification et d’illustration du domaine par un cas d’étude industriel concret. Cette pré-étude nous permet ainsi, grâce à des observations d’une revue de projet, d’illustrer l’utilisation des OICs et leur rôle central dans un contexte industriel de convergence sur le couple produit/usage. MobyPost RP1 permet aussi d’illustrer nos deux premières hypothèses de recherche à savoir :

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H1 : L’ajout d’interactions (au sens object-in-the-making de Broberg) dédiées aux acteurs métiers par l’intermédiaire de l’OIC devrait permettre d’améliorer la qualité de la collaboration et donc la convergence sur le couple ‘produit-usage’.

H2 : Le choix des OICs impacte la qualité de la collaboration et les objectifs traités par les acteurs métiers durant la convergence.

Une première série expérimentale nous permet de vérifier notre hypothèse H1 dans la continuité du projet Européen MobyPost (MobyPost RP2, pour Revue Projet 2), mais aussi dans le cadre de projets pédagogiques conduits par des élèves-ingénieurs de l’UTBM (Expérimentation 1 P.P., pour Projets Pédagogiques).

Nous présentons ensuite l’expérimentation 2 P.P. qui a été conduite afin de vérifier l’hypothèse H2 à travers une étude comparative de deux types d’OICs retenus : un prototype virtuel sur une plateforme de réalité virtuelle immersive et un modèle CAO sur un système CAO projeté sur grand écran. Nous avons étudié l’influence de ces deux OICs sur la qualité de la collaboration multidisciplinaire et les objectifs réalisés dans les phases de convergence multidisciplinaire.

Ce troisième chapitre est conclu par une synthèse et une discussion des résultats qui nous permet d’introduire notre troisième et dernière hypothèse de recherche :

H3 : Une approche globale de formalisation de l’OIC devrait permettre d’aider au choix et à la définition des OICs.

Le quatrième chapitre, en accord avec l’hypothèse H3, propose ainsi une approche méthodologique permettant d’aider les acteurs métiers dans le choix et la définition des OICs pour les phases de convergence. Cette approche méthodologique est basée sur un formalisme qui permet d’étendre la définition de l’OIC. Nous présentons ensuite l’implémentation de ce formalisme dans un module de préparation de revue de projet. Afin de juger de l’apport du module développé, nous présentons sa mise en œuvre dans une troisième expérimentation (expérimentation 3 P.P., portant donc sur Projets Pédagogiques). Dans le cadre donc de projets pédagogiques de conception à l’UTBM, des ‘étudiants concepteurs’ ont utilisé le module pour définir les OICs nécessaires à leurs revues de projet. Nous présentons un retour obtenu d’un questionnaire, de la part des étudiants sur l’utilité et l’intérêt du module proposé.

Le cinquième chapitre propose une conclusion des travaux de thèses présentés ainsi qu’une discussion sur les apports et les limites de nos expérimentations. Nous proposons aussi de mettre en perspective les résultats de notre recherche à travers plusieurs propositions de travaux futurs.

Chapitre 2

État de l’art et problématique de

recherche

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2.1 Introduction

Dans ce chapitre, nous présentons un état de l’art concernant notre problématique de recherche qui s’intéresse à l’amélioration de la collaboration dans les phases de convergence multidisciplinaires afin de mieux concevoir le couple produit/usage.

Pour cela, dans la deuxième partie du chapitre, nous définissons les notions d’innovation, de valeur du produit, d’usage et d’expérience utilisateur. Nous montrons qu’il est possible d’innover par l’usage du produit. La notion d’expérience utilisateur, que nous évoquons succinctement car ne faisant pas l’objet de nos travaux, permet de mieux comprendre la nécessaire prise en compte d’une approche multidisciplinaire pour innover par l’usage.

Dans la troisième partie, nous traitons des méthodologies de conception de produit qui permettent de mettre en œuvre ces approches multidisciplinaire. Pour cela nous définissions les notions de conception de produit, conception centrée sur l’Homme et les disciplines principales associées : la conception mécanique, le design industriel et l’ergonomie. Enfin, nous présentons les différentes propositions pour intégrer l’usage en conception de produits sur la base d’une meilleure articulation des disciplines citées.

Ces différentes propositions nous permettent d’introduire, dans une quatrième partie, l’une des notions clé de nos travaux : la collaboration. Nous définissons la notion de conception collaborative et les notions associées comme la coopération. Nous mettons en évidence différents facteurs influençant la conception collaborative et nous appliquons enfin cette notion au couple produit/usage. Nous montrons que la collaboration fait intervenir des étapes dites de convergence multidisciplinaires que nous détaillons dans une cinquième partie.

Comme évoqué, dans la cinquième partie, nous traitons des phases de convergence multidisciplinaire et de la notion d’Objets Intermédiaires de Conception (OICs) que nous considérons comme des supports d’aide aux phases de convergence. Nous définissons la convergence multidisciplinaire et introduisons la notion de point de vue de l’acteur de la conception. Ensuite, nous insistons sur les difficultés de convergence sur le couple produit/usage et nous présentons les OICs comme des artefacts permettant de surmonter les difficultés de collaboration. Afin d’illustrer cette partie, nous présentons différents OICs : prototype virtuel, maquette physique…qui sont en effet traités dans le cadre de nos travaux. Nous terminons cette cinquième partie en évoquant les limites reconnues dans la littérature concernant les OICs.

Dans une dernière et sixième partie, nous réalisons une synthèse de cet état de l’art. Sur cette base, nous présentons et définissons notre problématique générale et les hypothèses de recherche associées.

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2.2 L’innovation par l’usage du produit

2.2.1 Définition de l’innovation

Aujourd’hui les entreprises se placent souvent dans une dynamique de mutation et de changements continus de leur offre de produits, qu’ils soient matériels ou immatériels. Le but est de prendre en considération à la fois les nouvelles technologies et la satisfaction des clients de plus en plus exigeants dans un contexte industriel caractérisé par une hyper intensité concurrentielle et une croissance faible [Boly, 2004]. C’est pour cette raison que l’innovation est devenue un facteur clé pour le succès des entreprises. Schumpeter (1939) est un des premiers à donner une définition de l’innovation comme une mise sur le marché réussie d’un produit, service ou procédé nouveau. L’innovation peut être une innovation de produit, de procédé, de commercialisation, voire d’organisation [OCDE, 1997 ; OECD, 2005 ; Gunday et al., 2011].

Nos travaux s’intéressant plus particulièrement à l’innovation de produit, nous proposons la définition de L’OCDE (Organisation de Coopération et de Développement Economique) [OCDE, 1997] qui définit l’innovation technologique de produit comme « la mise au point/commercialisation d’un produit plus performant dans le but de fournir au consommateur des services objectivement nouveaux ou améliorés ».

Dans le cadre de nos travaux de recherche, nous nous positionnons dans l’innovation de produit définie par L’OCDE (1997).

Les innovations de produit sont souvent classées par différentes typologies que nous présentons, dans la partie suivante, afin de mieux positionner nos travaux de recherche.

2.2.2 Les différentes typologies d’innovation

Malgré la multitude de classifications existantes concernant l’innovation dans la littérature, la plupart des travaux proposent de classifier l’innovation selon deux critères: les discontinuités de l’innovation; et l’impact de l’innovation [Garcia et Calantone, 2002 ; Ben Rejeb, 2008].

En effet, les produits innovants ont deux aspects qui peuvent être sources de discontinuités : l’aspect technologique et l’aspect marketing. D’un côté, un produit innovant peut nécessiter l’apparition de nouveaux marchés et l’acquisition de nouvelles compétences de commercialisation. D’un autre côté, un produit innovant peut nécessiter un avancement scientifique et technologique. Quant aux conséquences de l’innovation, elles peuvent être au niveau macro (à l’échelle du monde et/ou du domaine industriel) et au niveau micro (à l’échelle de l’entreprise).

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Par rapport à ces deux critères, Selon Garcia et Calantone (2002), chaque innovation peut se positionner dans une des trois catégories définies ci-après :

 les innovations radicales présentent des discontinuités technologiques et marketing à l’échelle du monde, du secteur industriel (niveau macro) et aussi à l’échelle de l’entreprise (échelle micro). Nous pouvons citer comme exemple le web, la machine à vapeur, etc.

 les innovations réellement nouvelles présentent, sur un niveau macro, des discontinuités technologiques ou marketing. Mais sur un niveau micro, elles présentent des combinaisons de discontinuités technologiques et marketing comme l’évolution de certains gammes de produit (ex. le Walkman de Sony).

 les innovations incrémentales présentent des discontinuités technologiques ou marketing seulement sur un niveau micro. L’innovation entre dans le cadre de l’amélioration des produits déjà existants qui sont déjà passés par le stade d’innovations radicales (ex : les rasoirs jetables à lames multiples).

Une vision stratégique complémentaire à ces typologies de l’innovation est proposée par Verganti dans son livre ‘Design-Driven Innovation’ [Verganti, 2013]. Verganti distingue, en effet, trois stratégies d’innovation comme illustré dans la Figure 2 :

 stratégie de l’innovation centrée sur l’utilisateur ‘User-Centered Innovation’. Dans cette approche, l’entreprise essaye d’identifier les besoins explicites de l’utilisateur par une analyse du marché. Il s’agit d’une innovation incrémentale tirée par le marché (ex. améliorer l’utilisabilité d’un siège).

 stratégie de l’innovation technologique radicale ‘Technology Push Innovation’. En effet, cette innovation est « poussée » par une avancée technologique majeure (ex. les TV Plasma).

 stratégie de l’innovation par le design ‘Design-Driven Innovation’. Cette stratégie concerne le processus de recherche et de développement qui conduit à un changement radical du sens porté par le produit. Pour Verganti (2013), les utilisateurs n’achètent pas un produit, mais ils achètent un sens ‘meanings’ pour des raisons émotionnelles, psychologiques, socioculturelles, etc. Verganti (2013) donne comme exemple l’innovation de Nintendo ‘la Wii’ qui a marqué un tournant dans l'histoire du jeu vidéo en ouvrant ce loisir à un public plus large, et ciblant l'ensemble de la société à travers un système capable de détecter la position, l'orientation et les mouvements dans l'espace de la manette.

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Figure 2. La stratégie de l’innovation par la conception proposée par Verganti (2013)

Dans nos travaux de recherche, nous nous positionnons dans une démarche d’innovation produit incrémentale, nouvelle ou radicale dont le vecteur principal est la satisfaction des besoins de l’utilisateur. Cette notion de satisfaction de l’utilisateur est directement liée à la notion de valeur que nous définissons dans la partie qui suit.

2.2.3 L’innovation : une création de valeur par l’usage

L’innovation est considérée comme un processus qui permet la création de valeur. En effet, dans le contexte de l’innovation, quatre niveaux de valeur sont définis : une valeur pour les utilisateurs, une valeur pour les organisations, une valeur pour les écosystèmes et une valeur pour la société en générale [Den Ouden, 2011]. Par ailleurs, ces niveaux de valeur se chevauchent et sont étroitement liés.

Dans nos travaux, nous nous intéressons à l’innovation à travers la création de valeur pour l’utilisateur.

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Dans la littérature orientée marketing, différents travaux traitent du comportement des consommateurs2 et plus particulièrement de la valeur du produit pour le consommateur [Day, 1990; Porter, 1980 ; Lai, 1995]. Cette valeur est identifiée comme un élément clé pour le succès des entreprises industrielles. Elle focalise notamment sur le jugement et l’appréciation du produit par le consommateur.

D’un autre côté, dans le domaine de l’ingénierie, la valeur est traitée par exemple par la méthode dite de l’analyse de la valeur qui a fait l’objet d’une définition dans la norme NF EN 1325 (Management de la valeur - Vocabulaire - Termes et définitions) de l’AFNOR. Nous retiendrons cette définition dans la suite de nos travaux. Dans cette norme, le concept de valeur est défini comme « mesure qui exprime à quel point un organisme, un projet ou un produit satisfait aux besoins des parties prenantes par rapport aux ressources consommées » [NF EN 1325, 2014]. Ainsi, cette norme définit le besoin comme «ce qui est nécessaire à l’utilisateur ou désiré par lui. Un besoin peut être explicite ou

implicite ; il peut être existant ou potentiel » [NF EN 1325, 2014]. En effet, la création de valeur doit

permettre d’augmenter la compétitivité à travers la mise en adéquation du besoin de l’utilisateur avec un produit satisfaisant, tout en maitrisant les coûts engagés pour la réalisation de ce produit [Bounfour et Epinette, 2006]. Ainsi, la notion de valeur est définie par le rapport entre la satisfaction des besoins de l’utilisateur et les coûts dépensés pour ce niveau de satisfaction, c’est une grandeur qui croît lorsque la satisfaction de l’utilisateur augment ou que la dépense y afférant diminue. Il s’agit donc de mobiliser toutes les compétences de l’entreprise à la recherche de l’optimisation de ce rapport en s’appuyant sur des process maitrisés de conception et de conduite de projet, mais également de la production. Pour cela, deux perspectives peuvent être mises en œuvre, comme illustré sur la Figure 3 :

 La perspective des consommateurs : par l’acquisition, l’intégration, et la prise en compte des besoins des consommateurs dans le processus de conception. Le focus ici est l’amélioration de la satisfaction des consommateurs (cf. Figure 3 à gauche).

 La perspective de l’entreprise : par une optimisation à iso-coûts des temps de conception et de développement et par la réduction des coûts de production. Il s’agit ici principalement de rationaliser et ainsi maitriser les processus conception et de développement et d’améliorer l’efficacité du process de fabrication et de réalisation du produit (cf. Figure 3 à droite).

2 _{Dans le cadre de nos travaux, et notamment dans l’état de l’art, nous ne faisons pas de distinction entre}

utilisateur et consommateur même si dans certains domaines la différence est importante. Par la suite, nous préférerons le terme utilisateur ou encore Homme au sens large dans certains cas.

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Figure 3. L’augmentation de la valeur de produit vue selon deux perspectives : la perspective vue par les consommateurs (à gauche), la perceptive vue par l’entreprise (à droite) [Schmitt et al., 2015]

Dans ce contexte, une entreprise innovante peut créer de la valeur par la réalisation d’un avantage compétitif suscité par son produit. En effet, Abernathy et Clark (1985) évoquent la notion de dimension du produit (le prix, la performance, l’usage de produit, etc.) dont l’amélioration permet la création de valeur et donc l’avantage concurrentiel. Un produit réussit se démarque, par rapport aux autres produits sur le marché, par la valeur que lui accordera l’utilisateur [Cagan et Vogel, 2002]. Ainsi, Poztepe (2007) définit quatre types de valeur pour l’utilisateur : la valeur de l’utilité (ex. convenance, acceptabilité, la réalisation de la tâche physique et cognitive, qualité, performance, efficience, etc.), la valeur du sens social (ex. se mettre en valeur, réputation, etc.), la valeur émotionnelle (ex. bénéfices affectifs, plaisir, fun, etc.) et la valeur spirituelle (ex. chance, caractère sacré, etc.). De plus, dans la littérature, plusieurs études empiriques montrent que les entreprises ayant leur centre d’intérêt orienté sur l’utilisateur ont de meilleurs résultats et plus de chances en termes de performance d’exportation, de réalisation des objectifs stratégiques, de ventes et de profitabilité [Cavusgil et Zou, 1994 ; Calantone et al., 2004 ; Poztepe, 2007]. L’usage du produit, parmi d’autres critères, peut être à l’origine de la création de valeur pour l’utilisateur et donc une source d’innovation. En effet, la contribution de l’usage du produit peut porter sur un seul type de valeur ou sur plusieurs types en même temps. Pour Drucker (2001), ‘un consommateur achète avant tout un usage et tout ce qui lui donne de la valeur’ (p172).

Pour toutes ces raisons, l’usage du produit devient un facteur primordial pour créer de la valeur pour l’utilisateur et, par conséquent, pour les entreprises à travers l’intégration de différentes dimensions

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relatives à l’utilisateur [Maxant, 2004 ; Vallette, 2005]. Cela permet aux entreprises de gagner des avantages compétitifs par rapport aux produits concurrents en créant des produits à forte valeur ajoutée au niveau de l’usage.

Dans le cadre de nos travaux de recherche, nous considérons donc l’innovation produit par la création de valeur pour l’utilisateur à travers l’usage du produit. Nous proposons donc de définir l’usage du produit ainsi que l’expérience utilisateur dans la partie suivante.

2.2.4 L’usage du Produit

Nous avons montré que l’innovation de produit et la création de valeur associée peut se faire en partie par l’usage du produit. Cette partie présente une définition de l’usage du produit et la notion permettant de l’étudier : l’expérience utilisateur.

2.2.4.1 Définition de l’usage

L’usage, considéré aujourd’hui comme une notion multidisciplinaire, a pour objet la prise en compte, de manière exhaustive, de l’utilisateur dans le processus de conception de produit [Buisine et Roussel, 2008]. Plusieurs définitions de l’usage existent dans la littérature. Dans le langage commun, l’usage est défini comme le fait de se servir de quelque chose. En effet, cette définition couvre particulièrement l’utilisation du produit dans le cadre de l’action et de l’emploi. L’usage concerne aussi une dimension plus générale que sont les pratiques, les us et coutumes [Buisine et Roussel, 2008]. En accord avec les deux sens, l’usage du produit a deux composantes : la première renvoie à l’interaction entre l’utilisateur et le produit (utilisation); la deuxième est liée aux pratiques sociales des utilisateurs quand ils interagissent avec le produit et entre eux dans un contexte donné [Nelson, 2011 ; Proulx, 2005 ; Buisine et Roussel, 2008]. Nous retenons ainsi la définition suivante d’usage comme proposé par Brangier et Barcenilla (2003) :

L’usage est la mise en activité effective d’un objet dans un contexte sociale [Brangier et Barcenilla, 2003].

Dans le cadre de nos travaux, nous considérons ainsi l’usage du produit comme l’interaction entre trois éléments ou composants : le produit, l’utilisateur et le contexte dans lequel l’utilisateur interagit avec le produit et avec les autres utilisateurs comme illustré sur la Figure 4 qui suit.