Étude des activités collaboratives de conception en tant que situation d'apprentissage : application à l'ingénierie des produits et à l'ingénierie didactique

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Sous la direction de Philippe Girard, Marc Zolghadri
Thèse soutenue le 05 décembre 2008: Bordeaux 1
Cette thèse aborde la problématique de la génération des connaissances au cours de la phase de conception et plus particulièrement en conception collaborative. Il est proposé d'exploiter les connaissances en conception après une phase de collecte, de capture. Après une phase de capitalisation viendra une étape de réarrangement de ces connaissances. Un processus appelé Processus d'Ingénition est montré. Établi sur le principe de description de graphes de connaissances augmentées d'une triple instrumentation, ce processus permet une analyse originale des phases de conception d'un produit. Des applications à l'ingénierie didactique et à l'ingénierie pédagogique ont vu le jour au cours de ce travail. Les domaines de la conception collaborative de produits, de la didactique et de la gestion des connaissances sont mis en regard pour proposer une vision originale du processus de conception collaborative.
-Conception
-Génération des connaissances
-Ingénition
-Ingénierie des produits
-Ingénierie didactique
This thesis deals with knowledge generation problems during product design and more particularly in collaborative design. By integration of thee fields, collaborative product design, didactic engineering and knowledge management, we propose a generic framework. The main proposition is to capture, capitalize, reorganize and then exploit the knowledge in the field of design product. In the first step we develop a conceptual framework as “process of ingenition”. This global process allows defining the macro level positioning. In the second step the graph of knowledge description with a “triple instrumentation” developed. This process leads to have an original analysis of product design. At last we submit an application of proposed process in didactic and teaching engineering.
-Design
-Knowledge generation
-Ingenition
-Engineering of the products
-Didactic Engineering
Source: http://www.theses.fr/2008BOR13680/document
Publié le : mardi 25 octobre 2011
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Étude des activités collaboratives de conception en tant que situation d'apprentissage : application à l'ingénierie des produits et à l'ingénierie didactique.

N° d'ordre : 3680
THESE

PRESENTEE A

L'UNIVERSITE BORDEAUX 1

ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES PHYSIQUES
ET DE L'INGENIEUR

Par M. Stéphane BRUNEL


POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR

SPECIALITE : PRODUCTIQUE
********************
Étude des activités collaboratives de conception en tant que
situation d'apprentissage : application à l'ingénierie des
produits et à l'ingénierie didactique.
********************

Soutenue le : le 5 Décembre 2008

Après avis de MM.
Emmanuel Caillaud Rapporteur
Professeur à l’Université Louis Pasteur de Strasbourg

Michel Aldanondo Rapporteur
Professeur à l’école des Mines d’Albi-Carmaux

Devant la commission d’examen formée de :

MM. Claudia Eckert Examinatrice
Senior Research Associate de l’Université de Cambridge
Jean Louis Ermine Examinateur
Professeur à l'institut TELECOM
Bruno Vallespir Examinateur
Professeur à l’Université Bordeaux 1
Philippe Girard Examinateur
Professeur à l’Université Bordeaux 1
Marc Zolghadri Examinateur
Maîtres de Conférences à l’Université Bordeaux 1

Étude des activités collaboratives de conception en tant que situation d'apprentissage : application à l'ingénierie des produits et à l'ingénierie didactique.

Étude des activités collaboratives de conception en tant que situation d'apprentissage : application à l'ingénierie des produits et à l'ingénierie didactique.

Résumé en français
Cette thèse aborde la problématique de la génération des connaissances au cours de la phase de conception et plus
particulièrement en conception collaborative. Il est proposé d'exploiter les connaissances en conception après une phase de
collecte, de capture. Après une phase de capitalisation viendra une étape de réarrangement de ces connaissances. Un
processus appelé "Processus d'Ingénition" est montré. Établi sur le principe de description de graphes de connaissances
augmentées d'une triple instrumentation, ce processus permet une analyse originale des phases de conception d'un produit.
Des applications à l'ingénierie didactique et à l'ingénierie pédagogique ont vu le jour au cours de ce travail.
Les domaines de la conception collaborative de produits, de la didactique et de la gestion des connaissances sont mis en
regard pour proposer une vision originale du processus de conception collaborative.
Mots clés
Conception, Génération des connaissances, Ingénition, Ingénierie des produits, Ingénierie didactique.
Resume
This thesis deals with knowledge generation problems during product design and more particularly in collaborative design.
By integration of thee fields, collaborative product design, didactic engineering and knowledge management, we propose a
generic framework. The main proposition is to capture, capitalize, reorganize and then exploit the knowledge in the field of
design product. In the first step we develop a conceptual framework as “process of ingenition”. This global process allows
defining the macro level positioning. In the second step the graph of knowledge description with a “triple instrumentation”
developed. This process leads to have an original analysis of product design. At last we submit an application of proposed
process in didactic and teaching engineering.
Key words
Design, Knowledge generation, Ingenition, Engineering of the products, Didactic Engineering.

Étude des activités collaboratives de conception en tant que situation d'apprentissage : application à l'ingénierie des produits et à l'ingénierie didactique.





















à Mathilde et Timothée …
Étude des activités collaboratives de conception en tant que situation d'apprentissage : application à l'ingénierie des produits et à l'ingénierie didactique.

Remerciements
Une thèse est une sorte de rite initiatique. Il faut un impétrant qui se plie volontairement à une
discipline exigeante. Il faut des soutiens attentifs, assidus, compréhensifs et suffisamment
perspicaces pour tenter le pari de la réussite. Il faut ensuite toute une alchimie complexe basée
sur l’amitié, la confiance, la volonté de partager son savoir et une grande dose d’abnégation.
Pour parvenir au but, il faut que des personnes initient le processus de transformation :
Bernard Hostein, François Joubert ont été de ceux là. Il faut ensuite que la volonté farouche
d’un homme à perpétuer le fonctionnement de ce trop fameux ascenseur social puisse se
mettre en place : Philippe Girard est un de ces hommes, attaché à une exigence qui fait que
l’on n’oublie jamais ce qu’il fait pour vous. Il va au-delà de ce que vous n’auriez jamais pu
imaginer pour vous-même. Et puis, il y a des rencontres qui vous transforment à vie parce
qu’elles sont beaucoup plus fortes et denses que tout ce que vous avez jamais connu. Marc
Zolghadri est « la » rencontre. C’est la cheville ouvrière de ce travail qui se concrétise
aujourd’hui autant pour lui que pour moi. Nous avons œuvré de longues heures devant des
tableaux qui se remplissaient d’une écriture étriquée (la mienne) et en volute (la sienne). Avec
un enthousiasme toujours renouvelé, les sacrifices consentis m’ont paru moins difficiles. C’est
grâce à eux et pour cela que j’ai aujourd’hui le privilège de défendre devant vous, Monsieur
Emmanuel Caillaud professeur à l’Université Louis Pasteur de Strasbourg et Monsieur Michel
Aldanondo professeur à l’Ecole des Mines d’Albi, cette thèse. Veuillez trouver en ces
quelques mots toute ma gratitude.
Le jury de cette thèse s’honore de la présence de Madame Claudia Eckert de l’Université de
Cambridge, de Monsieur Jean-Louis Ermine de l’Institut Telecom ainsi que de Monsieur
Bruno Vallespir de l’Université Bordeaux 1. Qu’ils trouvent ici toute l’expression de ma
reconnaissance pour l’intérêt qu’ils ont toujours porté à mes travaux.
Une thèse est aussi une succession de rencontres qui forgent des convictions, qui vérifient des
hypothèses et qui les récusent tout aussi bien. Cette exaltation à construire, à remettre cent
fois l’ouvrage sur le métier, ne peut se faire qu’avec le soutien de personnes toutes aussi
différentes les unes des autres :
Étude des activités collaboratives de conception en tant que situation d'apprentissage : application à l'ingénierie des produits et à l'ingénierie didactique.

Michel Alexeline aura été le patient développeur de nos idées ; Vincent Robin aura permis
l’intégration de nos réflexions dans les recherches antérieures et futures de notre laboratoire ;
les doctorants du laboratoire IMS (Aicha, Nabila, Salah, Wael, Guillaume, Julien, Michel,
Arz) auront été les spectateurs parfois médusés de joutes verbales avec Mahmoud Moradi.
Enfin, Isabelle Grignon et Valérie Abel auront patiemment supporté nos retards et autres
tracasseries.
Maintenant que ce travail s’achève, une nouvelle phase de la vie commence. Je sais, Nathalie,
que les moments volés ne se retrouvent jamais …

Étude des activités collaboratives de conception en tant que situation d'apprentissage : application à l'ingénierie des produits et à l'ingénierie didactique.

Sommaire général



Liste des Figures ………………………..…….………..……………… 10

Liste des Tableaux …………………………….....…………………… 14

Liste des Annexes ………………………………….………………… 15

Introduction générale …………………………………..……...……… 16

Chapitre 1 …………………………………….……..……………..… 22

1. Problématique …............................................................................................ 24
1.1 Introduction ………………….……………………………………………...………. 24
1.2 Contexte……………………………………………………………………………… 25
1.3 Définitions……………………………………………………………………………. 26
1.4 Liens entre un produit et son usage pour l’apprentissage………..…………………… 27
1.5 Caractéristiques de l’objet d’étude : le Produit étendu………..……………………… 29
1.6 Approche de l’apprentissage de la conception par la didactique……………………… 30
1.7 Conclusion………………………………………………………………………….… 34

Chapitre 2 ………………….…………………………………………… 37

1. Etat de l’art en conception…………………………….……...….………… 42
1.1 Panorama des méthodes de conception …………………………………… 43
1.1.1 Modèles prescriptifs de la conception……………………………….…… 44
1.1.2 Modèles descriptifs de l’activité de conception…………………………… 45
1.2 Des différentes formes de conception vers la conception collaborative…… 46
1.2.1 Modèle de la conception : l’approche « Design Co-ordination »………… 46
1.2.2 Modèles de la conception : conception et organisation…………………… 47
5 Étude des activités collaboratives de conception en tant que situation d'apprentissage : application à l'ingénierie des produits et à l'ingénierie didactique.

1.2.3 Modèles de la conception : coordination et coopération……………………… 47
1.2.4 Modèles de la conception : conception et innovation ………………………… 48
1.2.5 Modèle de la conception : la conception collaborative………………………… 49
1.2.5.1 La conception participative en ingénierie concourante……………………...... 49
1.2.5.2 La conception participative par moments…………………………………… 50
1.3 Conclusion partielle …………...……………………………………………… 52
2. Etat de l’art de la connaissance en conception……………………………… 52
2.1 Les connaissances transformées par la conception………………………..…… 52
2.1.1 Connaissances relatives au produit …………………………………………… 53
2.1.2 Conclusion partielle…………………………………………………………… 54
2.2 Connaissances relatives au processus…………………………...……………… 54
2.2.1 Modèles de processus………………………………………………………… 54
2.2.2 Modèles mixtes produit – processus………………………………………….. 55
2.2.3 Conclusion partielle…………………………………………………………… 56
2.3 Compétences individuelles et collectives…………………….………………… 56
2.4 Capitalisation et gestion des connaissances………………….. 58
2.4.1 Méthodes issues de l’ingénierie des connaissances…………………………… 59
2.4.1.1 Approche descendante……………………………………………………….. 59
2.4.1.2 Approche ascendante………………………………………………………… 61
2.4.1.3 Approche coopérative………………………………………………………… 62
2.5 Conclusion partielle ………...………………………………………………… 63
3. Etat de l’art sur la gestion de la connaissance……………………………… 64
3.1 De la gestion des connaissances……………………………………………… 64
3.1.1 Introduction…………………………………………………………………. 64
3.1.2 Le contexte de la gestion des connaissances ……………………………….. 65
3.1.3 Les modèles de la gestion des connaissances et leurs cadres……………….. 66
3.1.4 De la gestion de la connaissance en général ………………………………… 67
3.1.4.1 Définition et objectifs……………………………………………………….. 67
3.1.4.2 Capitalisation des connaissances…………………………………………… 68
3.1.5 De la gestion de la connaissance en particulier……………………………… 69
3.1.6 Chaîne de valeur de la génération de la connaissance (VCKC)……………… 70
3.1.7 Composants de base de la chaîne de valeur ………………………………… 71
3.1.8 Composants de la transformation ………………………………………….. 75
3.1.9 Nature récursive de la Chaîne de Valeur des Connaissances ……………… 78
3.1.10 Quelques implications …………………………………………………… 79
3.1.10.1 La gestion de la Chaîne de Valeur. …………………………………… 79
3.1.10.2 La Chaîne de Valeur et la stratégie. 79
3.2 Conclusion partielle ……………………………………………………… 80
3.3 Gestion et organisation d’une mémoire organisationnelle .............................. 81
3.3.1 Mémoire Organisationnelle………………………………………………… 81
6 Étude des activités collaboratives de conception en tant que situation d'apprentissage : application à l'ingénierie des produits et à l'ingénierie didactique.

3.3.1.1 Définitions……………………………………………………………………… 81
3.3.1.2 Gestion d’une mémoire organisationnelle …………………………… 82
3.3.1.3 Construction d’une mémoire organisationnelle…………………………….... 85
3.3.2 Conclusion partielle…………………………………………………………… 87
4. Apprentissage des acteurs de la conception …………………………… 88
4.1 Des compétences/capacités aux connaissances des acteurs de la conception…… 88
4.1.1 Introduction…………………………………………………………………… 88
4.1.2 Plusieurs types de compétences/capacités ………………………………… 88
4.1.2.1 Qu’est ce qu’une compétence/capacité ? …………………………… 89
4.1.2.2 La compétence/capacité, un concept dynamique ……………………............. 89
4.1.2.3 Aspects contradictoires ………………………………………………… 90
4.1.2.4 Premiers modèles de compétences/capacités 90
4.1.3 Les compétences/capacités au regard de la triple instrumentation ……… 91
4.1.4 Les ressources à mobiliser …………………………………………………… 92
4.1.5 Les compétences/capacités collectives ………………………………… 92
4.1.6 Les situations sociales de la construction des compétences ……………… 93
4.1.7 Les composantes de la construction des compétences ………………………… 93
4.1.7.1 Approche 1 …………………………………………………………… 93
4.1.7.2 Approche 2 … 94
4.1.7.3 Approche 3 … 94
4.2 Apprentissage – Acquisition des compétences / capacités…………………… 95
4.2.1 Les théories contemporaines sur l'apprentissage ………………………… 95
4.2.2 Des approches et théories diverses et variées 96
4.2.3 Apprentissage et sujet …………………………………………………… 96
4.2.4 Un nouveau modèle d'apprentissage : le modèle allostérique ……………… 97
4.2.4.1 Fonctionnement du modèle ………………………………………………… 97
4.2.5 Un environnement didactique adéquat est nécessaire ………………………… 98
4.2.6 Conclusion partielle 99
4.2.7 Le modèle de Giordan …………………………………………………… 99
4.2.7.1 Méthodologie ………………………………………………………… 100
4.2.8 Le triptyque « Elaboration Intentionnalité Métacognition » ……………… 100
5. Conclusion ………………………………………………………………… 101

Chapitre 3 …………………………………………...………………… 103

1. Introduction. ……………………………………………………………………… 105
2. Postulats, définitions associées et propositions…………………………………… 105
2.1 Postulats. ……………………………………………………………… 105
2.2 Définitions associées. ……………………………………………………… 107
2.3 Propositions. 108
7 Étude des activités collaboratives de conception en tant que situation d'apprentissage : application à l'ingénierie des produits et à l'ingénierie didactique.

3. Le processus d’ingénition …………………………………………………… 111
3.1 Etape 1 : Captation et Collecte des compétences. ……………………… 112
3.1.1 Les règles de construction des graphes. ………………………………… 115
3.2 Etape 2 : Capitalisation et compréhension des graphes. 117
3.2.1 Grille GMPI du macro modèle. …………………………………………… 117
3.3 Etape 3 : Transmission par les graphes de connaissances augmentés………… 122
3.4 Capitalisation appliquée au modèle de la valeur ajoutée……………………… 127
4. Les outils associés ………………………………………………………… 131
4.1 La matrice LRI ……………………………………………………………… 131
4.1.1 Elaboration de la Matrice LRI 132
4.1.2 Méthode de calcul de l’indice LRI 134
4.1.3 Exemple d’analyse …………………………………………………… 113
4.2 Interface opérationnelle IP K5. ……………………………………………… 139
4.2.1 Fonctionnement de l’interface. ………………………………………… 139
4.2.1.1 Gestion du projet 140
4.2.1.2 Création des graphes 141
4.2.1.3 Administration des graphes ………………………………… 144
4.2.1.4 Exemple partiel d’un graphe augmenté issu de l’interface ……… 146
5. Conclusion ………………………………………………………………… 147

Chapitre 4 ……………………………………………………………..… 149

1. Cas 1 ………………………………………………………………………… 151
1.1 Présentation du cas 1 : Conception d’un système de freinage de vélo. …… 151
1.2 Le contexte de la conception. ……………………………………………… 152
1.3 Collecte et extraction des connaissances. …………………………… 152
1.4 Résultats obtenus ……………………………………………………… 158
2. Cas 2 ………………………………………………………………………… 160
2.1 Présentation du cas 2 : L’addition en Cours Préparatoire. …………… 160
2.2 Résultats obtenus 162
3. Cas 3 162
3.1 Présentation du cas 3 : Gestion d’informations dans un laboratoire…………… 162
3.2 Description du cas : gestion de séminaires mensuels ……………………… 162
3.2.1 Gestion des séminaires mensuels …………………………………………… 164
3.2.2 Gestions du matériel attribué aux doctorants …………………………………… 164
3.2.3 Résultats obtenus ……………………………………………………………… 165

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