Articulation Ergonomie-Design-Conception Mécanique

164 Pages·2017·3.89 MB·French

by  Gaël Guerlesquin

Articulation Ergonomie-Design-Conception Mécanique:
approche méthodologique de la convergence
multidisciplinaire
Gaël Guerlesquin
To cite this version:
Gaël Guerlesquin. Articulation Ergonomie-Design-Conception Mécanique: approche méthodologique
de la convergence multidisciplinaire. Autre. Université de Technologie de Belfort-Montbeliard, 2012.
Français. ￿NNT: 2012BELF0181￿. ￿tel-00719618v3￿
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UNIVERSITE DE TECHNOLOGIE DE BELFORT-MONTBELIARD
UNIVERSITE DE FRANCHE-COMTE
Ecole doctorale Sciences Pour l’Ingénieur et Microtechniques (S.P.I.M.)

Année 2012

THESE

Pour obtenir le grade de
DOCTEUR
Spécialité : Sciences pour l’ingénieur (Génie mécanique)

Présentée et soutenue publiquement par :
GAËL GUERLESQUIN

Le 29 06 2012
A l’Université de Technologie de Belfort-Montbéliard

ARTICULATION ERGONOMIE – DESIGN – CONCEPTION MECANIQUE :
APPROCHE METHODOLOGIQUE DE LA CONVERGENCE MULTIDISCIPLINAIRE

JURY

Patrick TRUCHOT, Professeur des Universités, INPL, Nancy Rapporteur
Hamadi BOUABID, Professeur des Universités, Université de La Manouba, (Tunisie) Rapporteur
Simon RICHIR, Professeur des Universités, Arts et Métiers ParisTech Examinateur
Pascal BERNARD, Directeur Général et Technique, Fam Automobiles Invité
Jean-Claude SAGOT, Professeur des Universités, UTBM Directeur de thèse
Morad MAHDJOUB, Maître de Conférences, UTBM Co-directeur de thèse
2
REMERCIEMENTS
Je tiens, tout d'abord à remercier les professeurs Patrick Truchot, de l’INPL (Nancy) et Hamadi
Bouabid, de l’Ecole Supérieure des Sciences et Technologies de Design, Université de La Manouba
(Tunisie) qui m'ont fait l'honneur d'être les rapporteurs de mes travaux de thèse.
Je remercie aussi le professeur Simon Richir, des Arts et Métiers ParisTech (Paris) et Monsieur
Pascal Bernard, Directeur Général et Technique de l’entreprise Fam Automobiles, pour leur
implication en tant que membres du jury.
J’adresse mes plus sincères remerciements au professeur Jean-Claude Sagot, responsable du
département Ergonomie, Design et Ingénierie Mécanique de l’UTBM (Montbéliard), de m’avoir
accueilli au sein de son équipe et d’avoir encadré les travaux qui ont fait l’objet de cette thèse. Merci
pour les conseils avisés que vous avez su me donner, et pour les nombreuses discussions dont ont
fait l’objet nos travaux de recherche. Je tiens à remercier vivement Morad Mahdjoub, Maitre de
Conférence à l’UTBM et co-encadrant, pour son investissement dans cette thèse. Merci pour ton
soutien moral et ta disponibilité, en particulier lors de la dernière ligne droite.
Je tiens à témoigner ma reconnaissance à Pays de Montbéliard Agglomération (PMA) pour le
soutien financier de cette thèse et pour s’être investi dans la mise en lumière de nos résultats.
Je remercie l’ensemble des membres de l’équipe ERCOS du laboratoire SET pour leur accueil et
leur disponibilité. Merci à Florence et à Jean-Bernard pour la relecture du mémoire et les conseils
qu’ils ont pu m’apporter ces derniers mois. J’ai une pensée particulière pour tous les doctorants de
l’équipe, qui ont encore devant eux de longues et belles journées ! (Thierry, courage, on arrive au
bout !). Je remercie l’ensemble des Enseignants-Chercheurs, ingénieurs et techniciens de recherche
de l’équipe pour leur sympathie, leur aide sur les différents projets que nous avons menés ensembles
et les nombreuses discussions passionnées que nous avons pu avoir. Je pense en particulier à Lucien,
Sébastien (Che), Sébastien (Cha), Hugues, Marjorie, Céline, Thierry, Jérôme, Maxime. Je remercie
aussi Sylvie et Valérie pour leur disponibilité et la qualité de leurs conseils.
D’autre part, je tiens à remercier tous les élèves-ingénieurs de l’UTBM qui ont participé de près ou
de loin à nos recherches. Enfin, je tiens à remercier tous ceux qui ont partagé mes journées lors de
ces dernières années, je pense en particulier à tous les musiciens du Bigband de l’UTBM, mais aussi à
tous les étudiants et enseignants investis dans la vie de notre établissement. Merci à celles et ceux
qui partagent ma vie et qui la partageront dans les années à venir.
3
à ma coach de thèse, qui m’a guidé depuis le début,
merci pour tout…

4
SOMMAIRE
REMERCIEMENTS ......................................................................................................................... 3
SOMMAIRE .................................................................................................................................. 5
CHAPITRE 1 : INTRODUCTION ..................................................................................................... 10
1. ENJEUX INDUSTRIELS : L’INNOVATION PAR L’INTEGRATION DE L’ERGONOMIE ET DU DESIGN INDUSTRIEL DANS LA
CONCEPTION DE PRODUITS MECANIQUES .............................................................................................. 11
2. CONTEXTE SCIENTIFIQUE : AU CROISEMENT DES SCIENCES DE L’INGENIEUR ET DES SCIENCES DE L’HOMME ..... 13
3. POSITIONNEMENT SCIENTIFIQUE .................................................................................................. 14
4. PLAN DE THESE ........................................................................................................................ 15
CHAPITRE 2 : PROBLEMATIQUE ET HYPOTHESES DE RECHERCHE ................................................. 19
1. INTRODUCTION........................................................................................................................ 20
2. LE PROCESSUS DE CONCEPTION DE PRODUITS MECANIQUES ................................................................ 20
2.1. CONCEPTION ET RESOLUTION DE PROBLEME ......................................................................................... 20
2.1.1. Généralités et définitions ......................................................................................................... 20
2.1.2. Notion de degré de liberté ....................................................................................................... 21
2.1.3. Notion de divergences et de convergences ............................................................................. 22
2.2. LES METHODOLOGIES ET PROCESSUS DE CONCEPTION............................................................................. 23
2.2.1. Méthodologies prescriptives et descriptives ........................................................................... 23
2.2.2. Processus retenu et détail des phases ..................................................................................... 25
3. LA NECESSITE D’UNE APPROCHE PLURIELLE ...................................................................................... 27
3.1. DES BESOINS MULTIPLES .................................................................................................................... 27
3.1.1. Les besoins d’usage .................................................................................................................. 28
3.1.2. Les besoins d’estime ................................................................................................................ 29
3.1.3. Les nécessités techniques ........................................................................................................ 29
3.2. LA CONCEPTION : UN CARREFOUR DE DISCIPLINES .................................................................................. 30
3.2.1. L’ergonomie.............................................................................................................................. 31
3.2.2. Le design industriel ................................................................................................................... 32
3.2.3. La conception mécanique ........................................................................................................ 33
5
3.3. ORGANISATION D’UNE EQUIPE PROJET MULTIDISCIPLINAIRE .................................................................... 34
3.3.1. Vers une conception simultanée et concourante .................................................................... 34
3.3.2. Différentes organisations de projet ......................................................................................... 35
3.3.3. Pilotage projet et leadership .................................................................................................... 36
4. INTEGRATION DE L’EXPERTISE METIER ............................................................................................ 38
4.1. NOTION DE DESIGN FOR X ................................................................................................................. 39
4.1.1. Définition du DFX ..................................................................................................................... 39
4.1.2. Design for Ergonomics .............................................................................................................. 39
4.1.3. Design for Aesthetics / Design for Emotion ............................................................................. 40
4.2. L’INTEGRATION DE L’EXPERTISE METIER DANS LE PROCESSUS DE CONCEPTION............................................. 40
4.2.1. L’intégration de l’ergonomie .................................................................................................... 40
4.2.2. L’intégration du design industriel............................................................................................. 42
4.3. SYNTHESE ET CONSTATS .................................................................................................................... 45
5. PROBLEMATIQUE ET PREMIERE HYPOTHESE DE RECHERCHE ................................................................. 46
CHAPITRE 3 : APPROCHE METHODOLOGIQUE DE L’INTEGRATION DE L’ERGONOMIE ET DU DESIGN
INDUSTRIEL DANS LA CONCEPTION ............................................................................................. 48
1. INTRODUCTION........................................................................................................................ 49
2. PROPOSITION D’UN NOUVEAU MODELE DE CONCEPTION .................................................................... 50
2.1. COORDINATION DE DIFFERENTES APPROCHES DE LA CONCEPTION ............................................................. 50
2.2. METHODOLOGIE GLOBALE DE CONCEPTION PLURIDISCIPLINAIRE ............................................................... 52
2.2.1. Le rôle de l’ergonome dans le nouveau modèle (cf. figure 13, p. 55) ..................................... 52
2.2.2. Le rôle du designer industriel dans le nouveau modèle (cf. figure 13, p. 55) .......................... 53
2.2.3. Le rôle du concepteur mécanicien dans le nouveau modèle (cf. figure 13, p. 55) .................. 53
2.2.4. Synthèse ................................................................................................................................... 54
3. EXPERIENCE 1A : MISE A L’EPREUVE DU MODELE PROPOSE – PROJET INTERREG .................................... 55
3.1. INTRODUCTION ................................................................................................................................ 55
3.2. PROTOCOLE .................................................................................................................................... 56
3.3. REALISATION : MISE A L’EPREUVE DU MODELE PROPOSE ......................................................................... 57
3.3.1. Phase 1 : Etude et analyse des besoins .................................................................................... 57
3.3.2. Phase 2 : Recherche de solutions ............................................................................................. 59
3.3.3. Phase 3 : Développement de la solution .................................................................................. 60
3.3.4. Phase 4 : Validations ................................................................................................................ 62
3.4. RESULTATS ET CONCLUSIONS .............................................................................................................. 63
6
3.4.1. Accompagnement des acteurs dans le processus de conception : vers une méthodologie
prescriptive multidisciplinaire ............................................................................................................... 63
3.4.2. Phases de convergence et formalisations intermédiaires ....................................................... 65
4. EXPERIENCE 1B : IDENTIFICATION DES INTERACTIONS MULTIDISCIPLINAIRES LORS DES PHASES DE CONVERGENCE .
........................................................................................................................................... 66
4.1. INTRODUCTION ................................................................................................................................ 66
4.2. PROTOCOLE .................................................................................................................................... 67
4.3. REALISATION : ETUDE DES INTERACTIONS MULTIDISCIPLINAIRES ............................................................... 67
4.3.1. Phase 1 : Etude et analyse des besoins .................................................................................... 67
4.3.2. Phase 2 : Recherche de solutions ............................................................................................. 69
4.3.3. Phase 3 : Développement de la solution .................................................................................. 71
4.3.4. Phase 4 : Validations ................................................................................................................ 72
4.4. RESULTATS ET CONCLUSIONS .............................................................................................................. 73
4.4.1. Caractérisation des interactions entre métiers ........................................................................ 73
4.4.2. Interactions, métiers et outils .................................................................................................. 74
4.4.3. Des formalisations complexes .................................................................................................. 75
5. CONCLUSIONS, DISCUSSIONS ET DEUXIEME HYPOTHESE DE RECHERCHE .................................................. 76
5.1. CONCLUSION DE L’APPROCHE METHODOLOGIQUE ................................................................................. 76
5.1.1. Compromis entre des valeurs d’usage et d’estime et des valeurs techniques ........................ 77
5.1.2. Les formalisations d’aide à la convergence .............................................................................. 79
5.1.3. Modèle final ............................................................................................................................. 80
5.2. DIFFICULTES D’ECHANGES ET D’INTERACTIONS : VERS PLUS DE FORMALISATIONS INTERMEDIAIRES MIXTES ..... 82
5.2.1. Améliorer les interactions multidisciplinaires de type Conception Mécanique – Design
Industriel ou Conception Mécanique – Ergonomie............................................................................... 82
5.2.2. Les Formalisations Intermédiaires : moyen d’intégration du design industriel et de
l’ergonomie ........................................................................................................................................... 84
5.2.3. Deuxième hypothèse de recherche : La réalité virtuelle comme support de Formalisation
Intermédiaire ......................................................................................................................................... 85
CHAPITRE 4 : LA REALITE VIRTUELLE COMME OUTIL D’AIDE A LA CONVERGENCE
MULTIDISCIPLINAIRE .................................................................................................................. 87
1. INTRODUCTION........................................................................................................................ 88
2. EXPERIENCE 2A : POSITIONNEMENT DE LA RV DANS UN PROJET DE CONCEPTION MULTIDISCIPLINAIRE – PROJET
FCITY .......................................................................................................................................... 89
7
2.1. OBJECTIFS ET CONTEXTE .................................................................................................................... 89
2.2. MOYENS ET RESSOURCES ................................................................................................................... 90
2.3. REALISATIONS : ETUDE DE LA RV COMME OUTIL D’AIDE A LA CONVERGENCE .............................................. 91
2.3.1. Articulation Ergonomie – Conception mécanique ................................................................... 91
2.3.2. Articulation Design Industriel – Conception mécanique .......................................................... 95
2.4. CONCLUSIONS ................................................................................................................................. 98
3. EXPERIENCE 2B : ETUDE DES CONVERGENCES DESIGN INDUSTRIEL – CONCEPTION MECANIQUE EN REALITE
VIRTUELLE .................................................................................................................................... 99
3.1. OBJECTIFS ET CONTEXTE .................................................................................................................... 99
3.2. MOYENS, RESSOURCES ET PROTOCOLE ............................................................................................... 100
3.3. REALISATION : ETUDE DES CONVERGENCES DESIGN INDUSTRIEL – CONCEPTION MECANIQUE ASSISTEES PAR LA
RV ................................................................................................................................................... 101
3.3.1. Phase 1 : Etude et analyse des besoins .................................................................................. 101
3.3.2. Phase 2 : Recherche de solutions ........................................................................................... 102
3.3.3. Phase 3 : Développement de la solution ................................................................................ 104
3.3.4. Phase 4 : Validation ................................................................................................................ 106
3.4. CONCLUSIONS ............................................................................................................................... 106
3.4.1. Validations successives des aspects du produit ..................................................................... 106
3.4.2. Choix de la technologie adaptée à l’application à développer .............................................. 107
4. CONCLUSIONS ET DISCUSSIONS ................................................................................................... 109
4.1. LA RV COMME SUPPORT DES FORMALISATIONS INTERMEDIAIRES EN PHASE DE CONVERGENCE ................... 109
4.2. VERS UNE METHODOLOGIE DE CONVERGENCE ..................................................................................... 109
CHAPITRE 5 : CONTRIBUTIONS DES TRAVAUX DE THESE: APPROCHE METHODOLOGIQUE DE LA
CONVERGENCE MULTIDISCIPLINAIRE ......................................................................................... 111
1. INTRODUCTION....................................................................................................................... 112
2. PROBLEMATIQUE ET OBJECTIFS ................................................................................................... 112
3. METHODOLOGIE DE CONVERGENCE MULTIDISCIPLINAIRE ................................................................... 113
3.1. PROPOSITION DU CADRE METHODOLOGIQUE PROPOSE ......................................................................... 113
3.1.1. La convergence dans le processus de conception ................................................................. 113
3.1.2. Modèle générique du processus de convergence multidisciplinaire ..................................... 114
3.1.3. Détail du processus de convergence proposé........................................................................ 115
3.2. MODELE DE CONVERGENCE MULTIDISCIPLINAIRE ................................................................................. 116
3.2.1. Caractérisation des confrontations en convergence ............................................................. 117
8
3.2.2. Caractérisation des itérations en convergence ...................................................................... 118
3.3. PROPOSITION DE METHODOLOGIE DE CONVERGENCE MULTIDISCIPLINAIRE ............................................... 119
3.3.1. Phase 1 : Préparation de la convergence ............................................................................... 120
3.3.2. Phase 2 : Réalisation de la convergence ................................................................................ 128
3.3.3. Phase 3 : validation de la convergence .................................................................................. 131
4. CONCLUSIONS ET DISCUSSIONS ................................................................................................... 134
4.1. PREMIERE FORMALISATION DU PROCESSUS DE CONVERGENCE ............................................................... 134
4.2. VERS UNE CONVERGENCE MULTIDISCIPLINAIRE ADAPTEE A CHACUN DES CONCEPTEURS .............................. 135
4.3. VERS UNE CONVERGENCE INTEGREE .................................................................................................. 135
CHAPITRE 6 : CONCLUSIONS GENERALES ET PERSPECTIVES ......................................................... 137
1. CONTRIBUTIONS METHODOLOGIQUES ET RESULTATS ........................................................................ 138
1.1. METHODOLOGIE GLOBALE DE CONCEPTION MULTIDISCIPLINAIRE ET PREMIERES EXPERIMENTATIONS ............ 138
1.2. LA REALITE VIRTUELLE COMME SUPPORT DE LA CONVERGENCE MULTIDISCIPLINAIRE .................................. 140
1.3. METHODOLOGIE DE CONVERGENCE MULTIDISCIPLINAIRE ASSISTEE PAR LA RV ......................................... 141
2. PERSPECTIVES ET DISCUSSIONS ................................................................................................... 142
2.1. APPROFONDISSEMENT ET GENERALISATION DES TRAVAUX ..................................................................... 142
2.2. VERS UN CONCEPTEUR-COORDINATEUR MULTI-METIER ........................................................................ 143
2.3. EXTENSION DU CADRE D’ETUDE, CONVERGENCE MULTIDISCIPLINAIRE ELARGIE .......................................... 144
BIBLIOGRAPHIE ......................................................................................................................... 146
1. NORMES ............................................................................................................................... 146
2. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ................................................................................................. 146
TABLE DES FIGURES ................................................................................................................... 161

9