Ce travail de recherche propose deux nouveaux mécanismes d'intégration de l'environnement en conception; le premier repose sur l'identification de trajectoires d'intégration élémentaires (permettant de guider sur le long terme le processus d'intégration) tandis que le second repose sur la maîtrise de la conception d'un outil d'éco-conception par l'ensemble des acteurs du processus de conception (permettant de générer une impulsion décisive au processus d'intégration). Pour le premier mécanisme, un travail d'enquêtes a permis d'avoir une vision globale du domaine de l'éco-conception et de tracer trois modèles de trajectoires élémentaires, dont celle fondée sur le déploiement des outils et méthodes. Le deuxième mécanisme a été nommé « Cheval de Troie Méthodologique » (CTM) car la stratégie sous-jacente est d'introduire un prétexte de travail collaboratif (l'outil d'éco-conception à co-construire) sous une forme appropriable et de fournir la compétence à l'organisation pour lui permettre de le faire évoluer ultérieurement ; ainsi ce CTM, favorise la propagation des connaissances à tous les niveaux de l'entreprise et permet à l'entreprise de progresser le long d'une trajectoire d'intégration en passant d'une démarche d'éco-conception partielle à une méthodologie d'éco-innovation compatible avec les exigences d'un développement durable. Ces deux mécanismes ont été expérimentés au sein de Transfix, société fabricant des transformateurs, sur une période de deux années et ont permis de mettre en évidence les bénéfices d'une stratégie d'intégration conçue avec un déclencheur sous la forme d'un CTM et guidée par une trajectoire d'intégration « outils et méthodes d'éco-conception ».

Les recherches menées dans le cadre de cette thèse visent à améliorer les performances des équipes de conception par l'usage de nouvelles méthodes. Selon nous, le faible taux actuel d'utilisation des méthodes en conception est essentiellement lié à une faiblesse dans la conception des processus d'intégration de ces méthodes. Nous pensons que la définition d'une stratégie d'intégration d'une méthode en conception, en amont de son introduction dans l'entreprise, permet d'augmenter progressivement le taux de réussite des projets d'importation de ces méthodes. Un état de l'art a permis de dégager les trois aspects fondamentaux de l'intégration de nouvelles méthodes en conception. Ils ont constitué la base de nos hypothèses et de la démarche 3D qui leur est associée. Ainsi, nous avons supposé que la mise en œuvre d'une stratégie de Définition de l'outil provoque l'Appropriation individuelle, que la mise en œuvre d'une stratégie de Démonstration génère une Valorisation de la méthode et enfin que la mise en œuvre d'une stratégie de Diffusion permet l'Harmonisation des pratiques collectives sur l'ensemble de l'organisation. Notre démarche a été expérimentée au cours de deux projets d'intégration de nouvelles méthodes chez Bourjois: l'intégration de nouveaux modèles de brief de l'Offre et l'intégration de l'analyse fonctionnelle. A l'issue de ce travail, nous nous sommes attachés à traduire la démarche 3D "théorique et abstraite" en un tableau de bord "concret et opérationnel", destiné à l'intégrateur de nouvelles méthodes. Ce tableau de bord a pour fonction d'accompagner l'intégrateur dans la construction de la stratégie d'intégration d'une nouvelle méthode en conception.

On observe des structures en aluminium dans un panel de domaines qui s’étend d’année en année. Ainsi, les planchers en aluminium permettent de résister à des efforts importants tout en assurant une faible masse et un coût de fabrication relativement faible. La plupart des planchers en aluminium se présentent sous forme de profils creux étirés sur toute une longueur de latte par l’intermédiaire d’une machine d’extrusion, ou filage, ce qui permet de réaliser des pièces en grandes séries. Puis ces lattes sont assemblées au moyen d’une liaison cinématique et, ou soudées entre elles. L’idée d’un plancher constitué de lattes clipsées permettrait de limiter, voire de s’affranchir de cette étape de soudage. Les industriels cherchent en permanence de nouvelles idées qui leur permettront de gagner du temps, de la main d’œuvre et de l’argent d’où l’idée d’éliminer ou au moins, réduire cette étape coûteuse de soudage nécessitant un équipement couteux, du personnel et du temps. Ce projet a donc pour but de créer une méthodologie de conception d’un plancher constitué de lattes clipsables intuitivement en tenant compte des nombreuses contraintes d’un cahier des charges. Ce plancher devra résister aux chargements typiques auxquels il pourrait être exposé, aux impacts, à la fatigue et être optimisé au mieux pour présenter un prix attractif et compétitif. La méthode de conception sera appliquée à un plancher d’autobus urbain et devra donc respecter certaines normes.

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.

En intégrant le cycle de vie d'un bien dans son processus de développement, l'éco-conception permet d'améliorer la performance environnementale de ce futur produit. La combinaison, dans cette thèse, des notions de la conception centrée utilisateur et de la pensée cycle de vie, permet de proposer une méthode pour l'intégration de la phase d'utilisation en éco-conception. La méthode repose sur la proposition de nouveaux modèles pour représenter l'utilisation adaptés aux spécificités de l'éco-conception. A partir du modèle de produit, un modèle de la phase d'utilisation, connectée aux phases de distribution et de fin de vie, permet d'associer l'utilisation du produit à son cycle de vie complet. Le modèle de contexte permet de positionner la performance environnementale du produit en utilisation par rapport à des paramètres associés à l'utilisateur et à l'environnement d'utilisation. L'évaluation environnementale du scénario d'utilisation regroupant tous ces modèles permet d'adapter les stratégies d'amélioration de la méthode à l'utilisation d'un produit en conception. Une application de la démarche à la re-conception d'un réfrigérateur pour la France et le Brésil permet d'illustrer le fonctionnement de la méthode. / By integrating product life cycle into the developement process, ecodesign enables the environnemental improvement of the product to be. The combination of user centred design proposition and life cycle thinking allows us to propose a method for use phase integration in ecodesign. This method is built on new models to represent product use that are compatible with ecodesign specificity. Based on the product model, the use phase model, which is connected to the distribution and end-of-life phases, facilitates the attachment of product use to the complete life cycle. Context model aims at possitionning the product use environmental performance according to influencing parameters related to the user and it environment. Environmental assessment is made based on the use scenario, a combination of the three previous models. This assessment enables to adapt the improvements strategies to the specificity of a product use phase. A case study has been perform to illustrate the capability of the new proposal to ecodesign a refrigerator for Brazil and for France.

La prolifération des objets communicants fixes et mobiles soulève la question de leur intégration dans les environnements quotidiens, par exemple dans le cadre de la e-santé ou de la domotique. Les principaux défis soulevés relèvent de l’interconnexion et de la gestion de la masse de donnée produite par ces objets intelligents. Notre premier objectif est d’adopter une démarche des couches basses vers les couches hautes pour faciliter l’intégration de ces objets à des services intelligents. Afin de développer celle-ci, il est nécessaire de d’étudier le processus de conception des objets intelligents indépendamment de considérations matérielles et logicielles, au travers de la considération de leur propriétés cyber-physiques. Pour mener à bien la réalisation de services intelligents à partir d’objets connectés, les deux axes de recherche suivant seront développés : la définition d’une méthode de conception orientée service pour les objets connectés intégrant une dimension formelle ainsi de valider le comportement de ceux-ci, l’auto-adaptation intelligente dans un contexte évolutif permettant aux objets de raisonner sur eux même au travers d’un langage déclaratif pour spécifier les stratégies d’adaptation. La validation de ces contributions s’effectuera par le biais du développement et de l’expérimentation à grandeur nature d’un service de diagnostic médical continu basé sur la collecte de données médicales en masse par des réseaux non-intrusifs de capteurs biomédicaux portables sur le corps humain. / The rapid growth of fixed and mobile smart objects raises the issue of their integration in everyday environment, e.g. in e-health or home-automation contexts. The main challenges of these objects are the interoperability, the handling of the massive amount of data that they generate, and their limited resources. Our goal is to take a bottom-up approach in order to improve the integration of smart devices to smart services. To ensure the efficient development of our approach, we start with the study of the design process of such devices regardless of specific hardware or software through the consideration of their cyber-physical properties. We thus develop two research directions: the specification of a service-oriented design method for smart devices with formal considerations in order to validate their behavior, and the proposal of a self-adaptation framework in order to handle changing operating context through self-reasoning and the definition of a declarative self-adaptation objectives specification language. The testing of these contributions will be realized through the development of a large-scale experimental framework based on a remote diagnostics case-study relying on non-invasive wearable biomedical sensors.

Cette HDR traite de la conception de documents numériques utilisés en contexte professionnel et étudie en particulier les deux thèmes suivants : le découpage de l'information pour la mise en écran, les organisateurs de structure, de navigation et de mise en relief de l'information. L'influence sur la lecture des dispositifs de mise en forme matérielle et des organisateurs de structure et de navigation est souvent méconnue. Aussi les méthodes destinées à tester le rôle des dispositifs de mise en forme revêtent-elles une importance capitale et sont présentées à la fin de cet ouvrage. Les spécificités des supports (document papier et document numérique) sont également abordées en termes de cognition, de perception physiologique et d'usage.

La nécessité de prendre en considération les aspects sûreté de fonctionnement des systèmes automatisés, dès la phase de conception, pour tendre vers le concept de « systèmes automatisés sûrs de fonctionnement » représente aujourd'hui un enjeu majeur. <br />Nous présentons dans cette Habilitation à Diriger les Recherches le concept de systèmes automatisés sûrs de fonctionnement et procédons à une analyse de la problématique globale de la conception de tels systèmes. Nous identifions clairement les frontières des différents systèmes constituant les systèmes automatisés sûrs de fonctionnement : processus physique, systèmes d'automatisation, systèmes de sécurité, systèmes de contrôlabilité du risque (barrières). Pour ce faire, nous nous appuyons sur la notion de service rendu. <br />Nous introduisons ensuite les différents concepts de sûreté de fonctionnement des systèmes en dégageant deux grands niveaux : la sûreté de fonctionnement prédictive et la gestion de la sûreté de fonctionnement avec prise en compte des risques pour l'Homme et l'environnement. Cette étude aborde les aspects normatifs incontournables pour les systèmes industriels et décline notre point de vue sur la notion de complexité. L'identification de ces grands axes de recherche en conception des systèmes automatisés sûrs de fonctionnement nous permet de situer dans la communauté scientifique nos activités de recherche, dont les contributions et résultats sont présentés dans le mémoire selon deux axes :<br />• L'axe I porte sur la sûreté de fonctionnement de processus physiques avec une application à l'évaluation des paramètres FMD (Fiabilité-Maintenabilité-Disponibilité) des lignes de production dans le but d'en améliorer la performance,<br />• L'axe II porte sur la sûreté de fonctionnement des systèmes d'automatisation à intelligence distribuée avec la proposition d'une démarche de conception de tels systèmes et d'un formalisme pour la spécification des besoins et contraintes d'architecture, l'originalité de cette méthode repose sur la volonté d'obtenir une architecture validée par des paramètres de sûreté quantifiés. <br />De ces travaux découlent nos activités de recherche actuelles et futures relatives à l'analyse systémique de la sûreté de fonctionnement des systèmes complexes et à l'exploration de voies de recherche pour la proposition d'une méthodologie générique, indépendante du domaine d'application, pour la conception de systèmes complexes sûrs de fonctionnement.

Ce mémoire est consacré à la fois à l'exploitation d'une technologie multicouche et au développement de méthodes de synthèse et de concepts dédiés au filtrage hyperfréquence. <br /><br />Le premier objectif de notre travail vise à montrer les capacités et les avantages d'une technologie multicouche pour la réalisation de structures passives destinées à des applications spatiales. Les potentialités recherchées, et chères à l'industrie spatiale sont la réduction de taille à outrance. Ce point critique constitue encore aujourd'hui un enjeu majeur au niveau des fonctions passives. Nous montrons, au travers de structures de propagation spécifiques 2,5D et 3D, de quelles manières leur utilisation permet d'apporter des solutions attractives, notamment en termes d'accès à des gammes d'impédances caractéristiques et de couplages élargies. Celles-ci permettent de lever un grand nombre de verrous technologiques. Des topologies particulières du type « DBR » (Dual Behavior Resonator) et « open-loop » ont été examinées en s'appuyant sur les spécifications de référence d'un filtre d'un récepteur en bande C.<br /><br />Le second objectif concerne l'exploitation des couplages de proximité apparaissant dans les topologies de filtres plaqués à base de stubs, et plus particulièrement DBR, dans le dessein de concevoir des structures de filtrage plus performantes. Dans ce cadre, nous proposons une démarche de synthèse s'appuyant sur une matrice nodale.<br /><br />Enfin, nous faisons converger ces deux objectifs en exploitant conjointement des topologies DBR et l'outil de synthèse matriciel en contexte multicouche. Le développement de topologies multiniveaux permet d'apporter de nouveaux degrés de liberté dans la conception pour répondre aux besoins accrus de miniaturisation et de performance des dispositifs.

Il y a une trentaine d'années, l'apparition de la technologie endoscopique a ouvert la voie à la chirurgie mini-invasive. Cette nouvelle approche permet de diminuer fortement la taille des incisions et des cicatrices, réduisant le traumatisme per- et post-opératoire et le risque d'infection. Les avantages en termes de douleur et d'esthétique ont contribué à l'expansion rapide de la laparoscopie en urologie, gynécologie et chirurgie digestive. Mais si cette technique offre de nombreux avantages au patient, elle complique les gestes chirurgicaux. En particulier, la manipulation manuelle du laparoscope pose de nombreux problèmes ergonomiques. Notre objectif est de concevoir un dispositif porte-laparoscope robotisé permettant au chirurgien de télécommander celui-ci. Partant de cette demande initiale, cette thèse s'attache tout d'abord à étudier en détail la chirurgie laparoscopique, en collaboration avec des praticiens. Par la clarification des problèmes auxquels ils sont confrontés, un cahier des charges de dispositif est construit. Ensuite, les choix fondamentaux de la structure du robot sont posés. La conception des différents sous-ensembles de la solution suit une démarche rationnelle, jusqu'à la réalisation d'un prototype. Une attention particulière est portée à l'ergonomie générale du système et de son interface de commande. Un essai clinique expérimental clôture ce travail et valide le principe de solution retenu. Nous proposons enfin quelques pistes d'amélioration du robot et une série d'études et d'essais complémentaires, et revenons sur les objectifs initialement identifiés, à la lumière des résultats engrangés et de l'expérience acquise au long de cette recherche.