Les principaux enjeux technico-scientifiques du 21ème siècle sont caractérisés par une interdisciplinarité et une convergence des technologies de plus en plus importantes. L'évolution des produits et services basés sur la bio- et la nanotechnologie sont parmi les exemples les plus connus. Il manque cependant des processus et des méthodes permettant d'organiser et de structurer la résolution de problème dans des environnements interdisciplinaires – ce terme faisant ici référence à la collaboration entre ingénieurs et chercheurs scientifiques.Ainsi, la question de recherche de ce travail de doctorat est la suivante :Comment soutenir et faciliter la résolution créative de problème interdisciplinaire et l'intégration des technologies dans des domaines basés sur la connaissance ?Pour répondre à cette question, trois hypothèses ont été formulées :La première hypothèse suggère que la composition d'un groupe en terme de disciplines (groupe multi- ou monodisciplinaire) a un impact sur le processus de résolution de problème en groupe ainsi que sur les résultats de ce processus.La deuxième hypothèse suggère un impact du support méthodologique sur le processus de résolution de problème en groupe ainsi que sur les résultats de ce processus.La troisième hypothèse suggère quant à elle que les concepts et notions clés des méthodes analytiques comme TRIZ et USIT peuvent être utilisés dans un processus d'intégration de technologie et peuvent soutenir ce processus.Les deux premières hypothèses ont été testées et validées par une expérimentation dans laquelle des groupes mono- et multidisciplinaires devaient générer des solutions pour un problème complexe en utilisant des méthodes intuitives ou analytiques. Alors que la composition de groupe impacte principalement les aspects quantitatifs et qualitatifs des solutions proposées, le support méthodologique influence quant à lui le processus de résolution de problème ainsi que les aspects qualitatifs des solutions. Plus important, l'impact des méthodes semble être dépendant de la composition des groupes.Pour tester la troisième hypothèse, les résultats de la première expérimentation ont été utilisés pour générer un modèle permettant de structurer la recherche et l'intégration d'une ou plusieurs technologies dans le cadre du développement de nouveaux produits. Ce modèle, qui intègre des méthodes et outils provenant de différentes méthodologies, a été testé par des ingénieurs lors d'une étude de cas industrielle dans le secteur des roulements à bille. L'évaluation du modèle montre qu'il semble faciliter le transfert de connaissance et améliorer la créativité des concepts développés comparé aux approches déjà existantes. En ce qui concerne l'effort nécessaire pour l'apprentissage et la mise en œuvre du modèle développé, les performances sont comparables à celles obtenues avec les méthodes préexistantes.Les résultats de ce travail sont particulièrement intéressants pour les équipes de la R et D et leur management dans les secteurs de la haute technologie ainsi que dans des domaines à l'interface entre l'ingénierie et les sciences naturelles. Le modèle développé est actuellement appliqué dans une démarche d'open innovation dans le secteur de la pharmacologie. / Most of the major technological challenges of the 21st century like e.g., reduction of greenhouse gas emission and sustainable energy supply, but also the bio- and nano-technological revolutions require intensified collaboration between different disciplines of engineering design as well as of natural science.The present Ph.D. research tries to provide some insight into the questions of• How to provide methodological support for creative problem solving in interdisciplinary groups composed of engineers and natural scientists?• How to support the process of the integration of a technology originating from a knowledge-intensive domain in order to solve a given design problem?The literature analyzed relevant aspects on several systemic levels (global, institutional, team-, individual and problem- perspective).The review allowed highlighting problems related to both, the activity as such as well as to the methods which seem a priori appropriate to support it. In this regard, incoherent interpretive schemes and majority influence are examples for the former and performance drawbacks as well as learning difficulties associated to hierarchical methodologies are instances of the latter.Based on the results of the literature review, two experiments were conducted.The first experiment inquired into the impact of disciplinary group composition (H1) as well as of the applied methodology (H2) on the creative group problem solving process and its outcomes.In a laboratory experiment 60 participants, 45 with a life science background and 15 with a mechanical engineering background were trained either in instances of intuitive approaches (Brainstorming, Mind Mapping) or in analytical, hierarchical methodology (TRIZ/USIT). Then, they had to solve an ill-defined medical problem in either mono- or multidisciplinary teams. The creative process as well as the output was documented using questionnaires and documentation sheets. Further the output was evaluated quantitatively by two domain experts before it was categorized qualitatively.Statistical analyses (ANOVA, Correlation parameters and Attraction rates), to a certain extent, support H1 and H2. More importantly however, the experiment shows differences related to method performance in general and as a function of disciplinary group composition in particular.The second experiment investigated whether concepts of TRIZ and its derivatives ((A/U)SIT) are appropriate to provide support for the process of technology integration before the background of an industrial NCD/NPPD process (H3).In order to test this hypothesis a model was developed which allows the identification and resolution of problems which typically appear during the integration of a specific technology into a given application. The model incorporates two of the most important concepts of TRIZ, and is sought to facilitate creative problem solving attempts in both, mono- and multidisciplinary teams.The said model was tested during an industrial NCD study in the roller bearing industry. After the case study, the participating engineers were asked to compare the applied model and the associated technology integration process with existing approaches used in the company.The results of the experiment point to superior performance of the presented model in terms of knowledge transfer-related and idea quality-related criteria. However, required resources for process conduction and necessary effort for the learning of the approach were considered comparable to existing approaches.The present Ph.D. work contributes to the understanding of creative problem solving in interdisciplinary groups in general and related to technology integration in particular. Especially the comparison of more pragmatic intuitive methods with more hierarchical analytical approaches depending on disciplinary group composition provided relevant insight for R&D processes.

Ces travaux de thèse portent sur le développement de nouveaux systèmes piézoélectriques récupérateurs d’énergie à partir de vibrations mécaniques environnementales. L’objectif recherché est d’apporter des solutions à certaines contraintes fortes liées à la miniaturisation de ces systèmes, en vue de leur intégration en technologie MEMS. Les 2 axes majeurs suivis lors de ces travaux sont :(i) la nanostructuration par porosification du substrat silicium. Ce procédé permet de créer des zones fonctionnalisées possédant des propriétés locales de masse volumique et de rigidité plus faibles que celles du substrat silicium. Ceci permet d’une part d’améliorer le coefficient de couplage électromécanique global de la structure et, d’autre part, de maintenir la fréquence de résonance du mode fonctionnel dans une gamme fréquentielle basse (< que 1KHz) compatible avec le spectre de nombreuses sources vibratoires usuelles. Une série de modélisation par éléments finis d’un convertisseur type (poutre avec masse sismique) a établi les paramètres dimensionnels optimaux de la zone nanostructurée. L’efficacité de ce procédé de nanostructuration localisée a ensuite été évaluée expérimentalement sur des membranes en silicium. Il a été observé une réduction de la fréquence de résonance du mode fondamental, tout en minimisant les pertes par un choix judicieux de l’emplacement et de la largeur de la zone poreuse. (ii) Le développement de dispositifs récupérateurs à sensibilité multidirectionnelle. Ces dispositifs permettent de récupérer l’énergie quel que soit la direction de la sollicitation externe. Ils exploitent 3 modes propres distincts de flexion sollicités chacun par une composante particulière (ax, ay ou az) du vecteur accélération caractéristique de la sollicitation. Ces dispositifs basés sur une structure planaire de type double poutres orthogonales avec masse sismique centrale sont facilement intégrables et peuvent être déclinés de l’échelle centimétrique à l’échelle millimétrique en utilisant dans ce cas les technologies de type MEMS. Un modèle analytique simple a d’abord mis à jour les mécanismes énergétiques qui permettent d’obtenir une quantité d’énergie constante lorsque le dispositif est soumis à un vecteur sollicitation de direction quelconque. L’optimisation du coefficient de couplage électromécanique de chaque mode fonctionnel, ainsi que l’ajustement de leur fréquence de résonance ont été obtenu à l’aide d’un modèle à éléments finis. L’ensemble de ces résultats théoriques a été expérimentalement validé à l’aide de prototypes centimétriques. / This thesis work focuses on the development of new piezoelectric energy recovery systems from environmental mechanical vibration. The goal is to provide solutions to some strong constraints on the miniaturization of these systems, their integration in MEMS technology. The 2 major lines followed in this work are: (i) the nanostructuring by porosification silicon substrate. This method allows to create functionalized areas having local properties of density and lower rigidity than those of the silicon substrate. This allows on the one hand to improve the overall electromechanical coupling coefficient of the structure and, secondly, to maintain the resonant frequency of the operational mode in a low frequency range (< 1KHz) compatible with the spectrum of Many conventional vibratory sources. A series of finite element modeling of a type converter (beam with seismic mass) established the optimum dimensional parameters of nanostructured area. The effectiveness of this localized nanostructuring method was then evaluated experimentally on silicon membranes. It was observed a reduction of the resonance frequency of the fundamental mode, while minimizing losses by a judicious choice of the location and the width of the porous zone. (Ii) The development of recovery devices multidirectional sensitivity. These devices allow to recover energy regardless of the direction of the external load. They use 3 different eigenmodes bending each solicited by a particular component (ax, ay and az) vector solicitation characteristic acceleration. These devices based on a planar structure type double orthogonal beams with central seismic mass can be easily integrated and can be broken down to centimeter scale at the millimeter scale using in this case the MEMS technologies. A simple analytical model was first updated energy mechanisms that enable a constant amount of energy when the device is subjected to a bias vector in any direction. The optimization of the electromechanical coupling coefficient of each functional mode, and the adjustment of their resonance frequency were obtained using a finite element model. All these theoretical results has been experimentally validated using centimeter prototypes.