L'objectif de cette thèse est de comprendre les phénomènes de couplages et d'apprentissages lors de projets en conception collaborative. Nous revisitons le modèle d'apprentissage organisationnel par le concept générique de couplage afin de proposer une analyse originale des systèmes organisationnels. Ce cadre conceptuel permet d'étudier les couplages forts et faibles représentatifs, respectivement, des activités formelles et informelles d'apprentissage entre individus au sein de collectifs. Ces deux types de couplages permettent une approche dialectique adaptée à l'analyse des dimensions rationnelles et indéterministes d'une organisation. Même si les couplages forts prévalent en conception collaborative, nos résultats montrent que les couplages faibles sont essentiels car ils assurent des régulations systémiques, à l'instar de rétroactions ou d'auto-organisation, permettant aux acteurs d'apprendre sur des modes différents. Finalement, nous présentons une liste de facteurs comportementaux, structurels et environnementaux contribuant à la performance et la fiabilité d'un nouveau modèle d'entreprise qualifié par l'expression d'entreprise complexe.

La conception des produits techniques requiert la participation de plusieurs experts de disciplines différentes et des compétences complémentaires. Le dimensionnement représente une phase importante de l'activité de conception en génie électrique. Il consiste à optimiser les caractéristiques géométriques et techniques du produit en fonction des contraintes définies dans le cahier des charges. La construction collaborative à distance d'un compromis acceptable par tous est une activité complexe qui nécessite la mise en place d'un processus de d'échange, d'argumentation et de négociation inter-métier. Dans le but d'assister les concepteurs durant cette activité complexe, nous proposons dans ce mémoire un environnement d'aide au dimensionnement collaboratif à distance : CoSTo (Collaborative Specification Tool). Il s'agit du résultat d'une démarche originale dans le domaine du génie électrique qui consiste à analyser les besoins des concepteurs dans des situations réelles de coconception. CoSTo apporte par ses différentes fonctionnalités et la démarche d'optimisation globale qu'il instrumente une aide pour gérer et intégrer les interdépendances inter-métier

Dans un contexte de performances de plus en plus exigeantes, la conception de produits est devenue une activité collaborative menée par des acteurs ayant différentes expertises. Une des caractéristiques de la conception collaborative est que les relations de précédence entre les activités créent des dépendances entre les données échangées. Dans un tel contexte, des conflits peuvent apparaître entre les acteurs lors de l'intégration de leurs propositions. Ces conflits sont d'autant plus amplifiés par la multiplicité des expertises et des points de vue des acteurs participant au processus de conception.<br />C'est à la gestion de ce phénomène, le conflit, que nous nous sommes intéressés dans le travail présenté dans ce mémoire, et plus particulièrement à la gestion de conflits par négociation. Nous proposons l'approche DEPNET (product Data dEPendencies NETwork identification and qualification) pour supporter au processus de gestion de conflits basée sur la gestion des dépendances entre les données. Ces données échangées et partagées entre les différents intervenants sont l'essence même de l'activité de conception et jouent un rôle primordial dans l'avancement du processus de conception.<br />Cette approche propose des éléments méthodologiques pour : (1) identifier l'équipe de négociation qui sera responsable de la résolution de conflit, et (2) gérer les impacts de la solution retenu suite à la résolution du conflit. Une mise en œuvre des apports de ce travail de recherche est présentée au travers du prototype logiciel DEPNET. Nous validons celui-ci sur un cas d'étude industriel issu de la conception d'un turbocompresseur.

La conception collaborative s'attache à la mise en commun d'intérêts et d'acteurs divers dans le but d'atteindre un propos commun qui est le développement de produits via le partage d'informations, d'interactions et de connaissances avec un certain niveau de coordination entre ces activités variées. Pour supporter cette coopération, les fonctions, jalonnant le cycle de vie produit, doivent disposer d'une information à la fois complète, précise et mise à jour sur tous les aspects du produit, des moyens et procédés de production et des gammes. Cette information partagée peut être structurée ou non, géographiquement délocalisée, partielle voire incomplète, difficilement localisable ou identifiable, porteuse d'une sémantique différente selon le métier.<br />Mes travaux récents s'articulent essentiellement autour de la modélisation de connaissances multi-points de vue support au processus de conception et réalisation de produit manufacturier.<br />Dans ce contexte, mon projet de recherche, présenté dans mon mémoire d'HDR, vise à mettre en place un cadre de méga-modélisation englobant les concepts des différents modèles et méta-modèles, inhérents aux métiers rencontrés, mais aussi un certain nombre d'autres choses concourant à l'utilisation ad hoc de ce cadre de modélisation.

Notre travail caractérise le processus argumentatif par lequel des concepteurs, porteurs d'expertises différentes, interagissent pour élaborer une solution satisfaisant les contraintes de chacun d'entre eux. Dans une première étude de cas, une analyse descriptive menée conjointement par des chercheurs en linguistique, en sciences cognitives et en mécanique, nous permet de dresser une typologie des interactions collaboratives de conception. Nous identifions un ensemble de mécanismes interactionnels, montrant la prédominance de certaines interactions ou encore la similarité des profils des concepteurs. Nous construisons ensuite des graphes argumentatifs qui nous aident à identifier des patterns d'interactions argumentatives déjà connus. L'analyse des graphes montre également l'importance du critère d'analogie dans l'activité de conception. Pour notre seconde étude de cas, nous concevons un outil d'assistance à la conception qui doit aider les concepteurs à construire des analogies collectivement. L'outil implémenté n'est pas intégré aux pratiques des concepteurs, ce qui nous conduit à nous interroger sur les conditions de sa mise en place.

De nos jours, les projets de conception complexes de produits exigent que les équipes de concepteurs se réunissent pour faciliter le partage de leurs compétences et expertises respectives afin de produire un ensemble de solutions de conception efficace. Dû au besoin croissant d’échanger les connaissances, les projets de conception modernes sont encore plus structurés pour travailler avec des équipes distribuées qui collaborent sur un réseau informatique pour accomplir une conception optimale de produit. Néanmoins, dans ce processus de conception collaborative, l'intégration d'équipes multidisciplinaires – qui implique l'échange et le partage des connaissances et compétences – génère fréquemment des situations conflictuelles. Les différents points de vue et perspectives des experts, les différentes façons de communiquer et collaborer au niveau de connaissances, rendent le processus difficilement maitrisable. Pour accomplir un scénario optimal, certains problèmes doivent d’abords être résolus comme la spécification et formalisation des besoins, l’intégration d'ontologies, la détection et la résolution des conflits. Spécifier et formaliser les connaissances demandent un grand effort afin d’obtenir un modèle de représentation pour agréger plusieurs domaines différents des connaissances. Chaque expert pourrait s'exprimer afin que les autres comprennent leurs informations correctement. Il est donc nécessaire d’utiliser un modèle de représentation de données suffisamment clair et flexible pour accomplir cette tâche. Certains modèles actuels ne parviennent pas à fournir une solution efficace pour le partage des connaissances et pour la collaboration des projets de conception, car ces modèles n’intègrent pas les aspects géographiques, temporels, fonctionnels de la conception avec un modèle de représentation des connaissances flexible et générique. Ce travail propose une architecture, pour la conception collaborative, qui ambitionne d'être synchrone, générique, orientée aux services, basée sur les agents, et basée sur les ontologies. Des modèles particuliers de représentation sont transformés en instances d'ontologie et sont fusionnés pour accomplir le model final de conception d’un produit. C'est une approche synchrone parce que le processus de fusion est entrepris en même temps que l'interaction entre concepteurs. C'est générique parce qu'elle permet aux utilisateurs de travailler avec deux approches pour l’intégration d'ontologies : celle qui utilise une ontologie générique et celle qui utilise un processus d'harmonisation. Notre proposition se concentre sur les conflits de la conception collaborative et fait usage de Web Ontology Language (OWL) et des Services Web, le premier comme langage pour représenter les connaissances et le dernier comme un support technologique pour la communication. / Today’s complex design projects require teams of designers to work collaboratively by sharing their respective expertise in order to produce effective design solutions. Due to the increasing need for exchanging knowledge, modern design projects are more structured to work with distributed virtual teams that collaborate over computer networks to achieve overall optimization in design. Nevertheless, in a collaborative design process, the integration of multidisciplinary virtual teams – involving exchange and sharing of knowledge and expertise – frequently and inevitably generates conflicting situations. Different experts’ viewpoints and perspectives, in addition to several ways of communicating and collaborating at the knowledge level, make all this process very hard to manage. In order to achieve an optimal scenario, some problems must first be solved, such as requirement specification and formalization, ontology integration, and conflict detection and resolution. Specifying and formalizing the knowledge demands a great effort towards obtaining representation patterns that aggregate several disjoint knowledge areas. Each expert should express himself so that the others can understand his information correctly. It is necessary, therefore, to use a flexible and sufficiently extensive data representation model to accomplish such a task. Some current models fall short of providing an effective solution to effective knowledge sharing and collaboration on design projects, because they fail to combine the geographical, temporal, and functional design aspects with a flexible and generic knowledge representation model. This work proposes an information model-driven collaborative design architecture that supports synchronous, generic, service-oriented, agent-based, and ontology-based teamwork. Particular representation models are transformed into ontology instances and merged together in order to accomplish the final product design. It is a synchronous approach because the concurrent processes are undertaken at the same time that the interactions among designers take place. It is generic because it provides the users with two approaches for ontology integration: the use of a predefined generic ontology and the harmonization process. Our proposal focuses on collaborative design conflict resolution by using Web Ontology Language (OWL) and Web Services, the former as a tool for knowledge representation and the latter as a technological support for communication.

Le niveau de complexité des défis auxquelles font face les sociétés contemporaines exige le développement de solutions basées sur la combinaison de compétences de multiples acteurs. Cette intelligence collective émerge de la capacité des acteurs de réaliser des projets dans lesquelles leurs actions sont hautement interdépendantes. Le système pédagogique traditionnel fait face à des limitations structurelles pour former les étudiants à cette pratique que nous caractérisons de conception collaborative. Malgré le fait que le modèle de l’apprentissage basé sur l’atelier est avant tout utilisé dans une approche individuelle d’auteur, ce système singulier qui distingue les études d’architectures depuis 300 ans s’avère être un processus d’apprentissage hautement collectif. Nous soutenons que le W-AU est une évolution de ce modèle qui, en reconfigurant certains de ses paramètres, est devenu une approche efficace pour la formation à la conception collaborative. Grâce à un ancrage historique du W-AU, une typologie de ses pratiques contemporaines, et une recherche-action menée dans 3 cas spécifiques, cette recherche identifie les forces et les limites de ce modèle. Ce travail met en lumière, entre autres, les rôles de certains acteurs clés et les gouvernances propres à servir de médiation au processus de collaboration. Par ailleurs, l'appropriabilité, l'exotisme et l'interaction collective des structures du système se révèlent être des caractéristiques clés pour catalyser le processus collaboratif. Enfin, cette thèse souligne que, malgré une pratique répandue, les spécificités du W-AU doivent être mieux comprises et maîtrisées pour soutenir efficacement la conception collaborative. / The complexity level of challenges that face contemporary societies requires the development of solutions based on combinations of skills from multiple actors. This collective intelligence emerges from the capacity of actors to carry out projects in which their actions are highly interdependent. The traditional pedagogical system faces structural limitations in training students in this interdependent practice that we characterize as collaborative design. Despite the fact that studio-based learning model is mostly used in an individual authoring approach, this singular system which typify the architecture studies for the last 300 years, reveal a highly collective learning process. In this thesis, we argue that the Design Charrette is an evolution of this model which, by reconfiguring some of its parameters, has become a proper approach for collaborative design. Through a historical and theoretical anchor of the Design Charrette, a typology of its contemporary practices, and through action research conducted within 3 specific cases, this research identifies the potential strengths and limitations of the Design Charrette as a model for training students in collaborative design. Among the findings, this work highlights some key actors roles and governance configurations proper to mediate the collaborative process. It draws attention that appropriability, exoticism and collective interaction of the system structures, are key factors to catalyse collaborative design process. Finally, this work point to the fact that, despite the widespread practice of the Design Charrette, its specifics settings need to be better known to support effectively collaborative design process. / A complexidade dos desafios que as sociedades contemporâneas enfrentam requer a concepção de soluções baseadas na mobilização das habilidades de múltiplos atores. Esta inteligência coletiva emerge da capacidade desses atores conduzirem projetos nos quais suas ações são altamente interdependentes. No entanto, o sistema tradicional de ensino, que está baseado em uma lógica disciplinar de avaliação individual, encontra dificuldades para formar estudantes a este tipo de práticas de concepção colaborativa. Na paisagem da educação de nível superior, o ensino da Arquitetura distingue-se da abordagem disciplinar unversitária por utilizar o dispositivo do Atelier, que visa a aprendizagem de competências através de uma abordagem integrativa dos conhecimentos num processo de projeto. Este processo de aprendizagem por meio do projeto é também realizado em um ambiente particular, caracterizado por padrões espaciais, temporais, físicos e sociais singulares. Embora o sistema de avaliação seja feito da mesma forma que o modelo umiversitário tradicional, que é estruturado em função de um trabalho individual, este dispositivo pedagógico se difere em primeiro lugar, pela postura de autor que o aluno deve demonstrar, e em segundo lugar, pela dinâmica coletiva de aprendizagem que é implementado neste ambiente particular de fornação. A partir dessas constatações, defendemos a tese de que o Atelier de Arquitetura é um dispositivo pedagógico capaz de formar à concepção colaborativa, desde que alguns dos seus parâmetros sejam reconfigurados. Nesta perspectiva, nós identificamos o atelier intensivo de curta duração como uma evolução contemporânea do dispositivo do Atelier que, graças a uma concentração de alguns dos seus parâmetros (espaciais, temporais, físicos e sociais), tornou-se um lugar de experimentação concreta da prática e da aprendizagem da concepçãocolaborativa. Nessa pesquisa, nós usamos o acrônimo "W-AU" (Workshop de Arquitetura e Urbanismo) para falar do atelier intensivo de curta duração, a fim de distingui-lo de sua versão longa. Para defender esta tese, em primeiro lugar, nós definimos o atelier tradicional através de uma perspectiva histórica, além de analisarmos sua estrutura e seu funcionamento para então identificar como este dispositivo dialoga com a noção de concepção colaborativa. Em seguida, nós realizamos uma tipologia do W-AU, em função de suas diferentes práticas contemporâneas, para situar três estudos de caso a partir dos quais, nós descrevemos diferentes implementações da concepção colaborativa. Esta análise nos permite trazer à luz o papel-chave dos diferentes atores, da configuração da governança e da configuração dos parâmetros do ambiente, visando promover o processo de concepção colaborativa. Esta pesquisa consiste portanto em identificar as potencialidades e limitações oferecidos pelo W-AU para a formação à concepção colaborativa nos estudos de Arquitetura. Dada a diversidade das variáveis que estão em jogo na implementação deste ambiente colaborativo, a ambição desta contribuição não é propor um procedimento-padrão para a realização deste gênero de dispositivo, mas sim identificar e divulgar algumas ferramentas e estratégias sucetíveis de serem mobilizadas pelos atores da concepção colaborativa, visando facilitar e otimizar a sua abordagem.

La conception d’un système mécatronique est un problème d’optimisation multidisciplinaire et multi-objectif. Les approches d’optimisation actuellement utilisées, pour l’optimisation des systèmes multidisciplinaires, sont coûteuses en temps de calcul, difficiles à mettre en œuvre et non flexibles avec la phase de conception préliminaire, où les objectifs et les contraintes de conception changent fréquemment. D’où la nécessité de chercher une nouvelle technique plus simples à mettre en œuvre, moins coûteuse et qui permet d’adapter dynamiquement une solution suite à un changement des spécifications. C’est dans ce contexte que cette thèse se focalise sur le développement d’une approche multi-agents de conception qui, se basant sur les connaissances disciplinaires et par un comportement coopératif, permet de trouver collectivement une solution optimale qui satisfait les contraintes et les performances demandées.L'approche proposée est basée sur un processus de conception pour faciliter la conception collaborative distribué des systèmes mécatroniques. Cette approche est appliquée à la conception préliminaire d'un véhicule électrique pour illustrer comment l'utilisation du paradigme multi-agent aide les concepteurs à prendre des décisions efficaces et de parvenir à une décision optimale de l'ensemble du problème. Une étude comparative avec les méthodes classiques d'optimisation est faite afin de démontrer la validité et l'efficacité de l’approche proposée. / The design of a mechatronic system is a multidisciplinary and multi-objective optimization problem. Optimization approaches currently used for the optimization of multidisciplinary systems are expensive in computation time, difficult to implement, and inflexible with the preliminary design phase, in which the objectives and design constraints change frequently. It is therefore necessary to look for new techniques easier to implement and less expensive, that enable to adapt dynamically a solution due to a change in specifications. In this context that this thesis focuses on the development of a multi-agent design approach, based on disciplinary knowledge and cooperative behavior; make possible to collectively find an optimal solution that satisfies the required constraints and performance.The proposed approach is based on a design process to facilitate collaborative distributed design of mechatronic systems. This approach is applied to the preliminary design of an electric vehicle to illustrate how the use of the multi-agent paradigm helps designers in making effective decisions and to achieve an optimal decision of the overall problem. A comparative study with traditional optimization methods is made to demonstrate the validity and effectiveness of the proposed approach.

Que ce soit dans ses objectifs, son organisation, ses outils ou ses techniques, le projet en architecture subit des transformations profondes. Certaines découlent des politiques publiques, liées notamment à l’environnement, d’autres d’une maîtrise croissante du rapport qualité-coût, d’autres encore des innovations constructives et de l’essor du numérique, d’autres enfin de l’évolution du cadre des marchés publics, à l’exemple de la conception-réalisation. Dans ce contexte, on observe des pratiques de pilotage et de gestion des projets plus complexes dans lesquelles l’architecte n’est plus le seul à détenir la compétence de synthèse. Cette dernière, au contraire, prend des formes plus partagées dans lesquelles l’ingénieur occupe une place croissante. Pourtant, celle-ci reste peu décrite et mal connue, ou limitée dans sa définition à la synthèse d’exécution définie par la loi n° 85-704 du 12 juillet 1985, dite loi MOP (maîtrise d'ouvrage publique). Caractériser les conditions d’exercice de la synthèse et ses impacts sur les processus de projet est l’enjeu de cette thèse. Nous nous intéressons ici à un aspect, certes circonscrit, mais décisif pour la réussite du projet, à savoir les modalités de collaboration entre ingénieurs et architectes : formes de pensées et d’organisation, outils de représentation, divergences et convergences de leurs actions. L’analyse porte sur le partage de la dimension architecturale et constructive dans huit situations de synthèse issues de trois cas d'étude : la Maison Hermès à Tokyo, la station d'assainissement Seine-Aval à Achères, la Fondation Louis Vuitton à Paris.Par une observation sur le terrain et par des entretiens menés auprès d'ingénieurs et d'architectes, ce travail met en avant deux types de résultats : 1) une caractérisation des situations de synthèse qui précise le rôle des représentations, dont trois types sont identifiés : les représentations spécifiques, les représentations échangées et les représentations partagées ; 2) une évaluation des incidences de la synthèse sur le pilotage et le management des projets. Ces résultats mettent en lumière de nouvelles modalités de collaboration entre ingénieurs et architectes et de gestion de projet qui, sans être totalement représentatifs des projets menés en loi MOP, sont susceptibles de les rendre plus efficients. / Whether in its objectives, its organisation, its tools, or its techniques, the architectural project is undergoing profound transformations. Some arise from public policies, notably relating to the environment, others from increasing control over project cost management, yet others from innovations in construction and developments in digital technology, and others, finally, from changes in the framework of public contracts, such as design-build. As a result of these factors, more complex project management practices are emerging, in which the coordinating role is no longer confined to architects alone. Instead, it now takes more collaborative forms, with engineers playing an increasingly more important role. Nonetheless, there has been little description of this synthesising activity and it is poorly understood, or limited in its definition to the execution summary defined by act No. 85-704 of 12 July 1985, the so-called public project ownership (MOP) act. The aim of this thesis is to explain what is meant by project synthesis. We are interested here in a circumscribed aspect of the architectural and construction project – but one decisive to its success – which is the forms of collaboration between engineers and architects: modalities of thinking and organising, representational tools, differences and similarities in their activities. The theoretical and practical implications of this hypothesis will be explored through an analysis of the sharing of the architectural and constructional dimensions of eight examples of synthesis, drawn from three case studies: Maison Hermès in Tokyo, the Seine-Aval sewage plant in Achères, the Louis Vuitton Foundation in Paris. Through observation on the ground and interviews with engineers and architects, this analysis highlights two kinds of result: 1) a description of situations of synthesis, which details the role of representations, identifying three types: specific representations, exchanged representations, and shared representations; 2) assessment of the impacts of synthesis on the conduct and management of projects. These results demonstrate new forms of collaboration between engineers and architects and of project management which, though not entirely representative of projects conducted under the MOP act, offer methodological contributions that could help make them more effective.

La conception de systèmes mécaniques, de par son aspect pluridisciplinaire et technologique, fait intervenir et interagir différentes personnes qui travaillent et prennent des décisions ensemble, et, participent ensemble à l’élaboration du produit. Elles travaillent de manière collaborative cependant elles ne se connaissent pas obligatoirement, ne se situent pas forcément géographiquement sur un site commun, n’ont peut-être pas la même culture et n’appartiennent pas systématiquement à la même entreprise. La conception préliminaire représente les premières phases du cycle de conception ou le produit est en cours de définition. Le nombre d’incertitudes sur les paramètres et les informations produit sont très importantes. Il y a un manque de connaissances important à cette étape du processus de conception qui doit être considéré afin d’améliorer et d’aider les prises de décisions dans les phases amonts. C’est ce manque de connaissances que je me propose de qualifier et caractériser en apportant une réponse à la question résultante: comment prendre en compte le manque de connaissances pour prendre des décisions durant la conception préliminaire collaborative ? Pour se faire, nous proposons un méta-modèle de connaissances permettant de structurer les informations du produit et les connaissances en intégrant la maturité du produit. Cette maturité est définie par une métrique et permet d’identifier le niveau de connaissances des concepteurs sur le produit et d’orienter la prise de décision grâce à l’utilisation d’une approche mixte, à la fois qualitative et quantitative. Enfin, nous évaluerons la capacité de ce méta-modèle à générer différent modèles produit, puis sa pertinence avec l’implémentation sur un cas industriel. / The design of mechanical systems, due to their multi-disciplinary and technological aspects, involves different people who, together, work and make decisions and jointly participate in the development of the product. They work in a collaborative manner; however, they may have different strategies, geographical positions, cultures and do not know the other members of the team. Preliminary design represents the early stages of the design cycle or product definition. A number of uncertainties regarding the parameters and product information are very important. There is an important lack of knowledge at this stage of the design process that must be managed or filled in order to improve and support the decision making in the early phases. It is this lack of knowledge that I propose to qualify and characterise, providing an answer to the question: how does one to take into account the lack of knowledge in decision making during the preliminary design collaboration? To do so, we propose a meta-model for structuring product information and knowledge by integrating product maturity. A metric allows this maturity to be defined, to identify the level of knowledge of the product designers and to guide the decision making, thanks to the use of a qualitative and quantitative approach. Finally, we evaluate the ability of the meta-model to generate the different models produced and its relevance to the implementation in an industrial case.