Dans le contexte industriel actuel, plusieurs entreprises éprouvent des difficultés à améliorer leur performance, et ce, en raison d’une problématique de variabilité intrinsèque de certains procédés industriels. Cette variabilité peut ainsi provenir de diverses sources, que ce soit au niveau de la matière première, l’environnement du procédé ou le procédé en soi. Dans l’objectif de mieux comprendre et gérer les impacts de cette variabilité intrinsèque, un cadre méthodologique générique et flexible a été développé en se basant sur certains principes et certaines méthodes reconnues de la littérature. Composé de quatre étapes, soit l’analyse de la situation initiale, la modélisation prédictive, la modélisation prescriptive et enfin, une étape d’implantation, ce cadre méthodologique a par la suite été appliqué à deux reprises en entreprise pour des problématiques industrielles réelles. Ainsi, l’application de ce cadre pour un procédé de teinture de tissu aux prises avec une variabilité intrinsèque qui complexifie la standardisation de la couleur finale a permis le développement d’un modèle prédictif présentant une performance de prédiction de 92%, fournissant du même coup beaucoup d’information sur les sources de cette variabilité. Une seconde application du cadre pour un procédé de découpe de fromage a permis à l’entreprise de mieux connaître les variables affectant la performance du procédé. En terminant, malgré certaines limites associées à l’application du cadre telles que des contraintes de temps et une dépendance à la quantité et à la qualité des données utilisées, il a été possible de conclure que le cadre méthodologique répondait aux objectifs initiaux.