Intégration et formalisation du biomimeticien

Référentiel conceptuel des sciences étudiant l’ingénierie de la conception

Cette partie présente sous la forme d’une liste de définition les principaux concepts associés aux sciences sur l’ingénierie de la conception. Pour chacun d’entre eux, quelques-unes des définitions existant dans la littérature sont présentées avant de préciser celles considérées dans nos travaux. Avec l’historique précédemment décrit, le concept d’ingénierie de la conception apparaît comme variant avec l’évolution des approches. Tel que décrit par Hubka (Hubka et al., 1987; Hubka et al., 1996), un grand nombre de définitions de l’ingénierie de la conception sont proposées.
«L’ingénierie de la conception est un processus effectué par les humains, aidés de moyens techniques, à travers lequel de l’information sous la forme de besoins est convertie en information sous la forme de descriptions de systèmes techniques, de telle manière que ces systèmes techniques répondent aux besoins de l’humanité.» (Asimow, 1962) (Traduit par l’auteur). «La création d’une solution synthétique sous la forme d’un produit, processus ou système qui répond à des besoins perçus par la concordance entre les exigences fonctionnelles dans le domaine fonctionnel et les paramètres de conception dans le domaine physique, grâce à la sélection appropriée des paramètres de conception satisfaisant les exigences fonctionnelles» (Suh, 1990) (Traduit par l’auteur) .Cette diversité rend le concept peu clair dans la mesure où selon le prisme à travers lequel il est décrit, il peut s’agir : d’un art, d’une approche de résolution de problèmes, d’une démarche de prise de décision, d’une science appliquée, d’une approche de sélection de modèles et d’ajustement, d’une collecte et manipulation d’informations, etc. (Hubka et al.,1996).
Afin de poser un concept de référence sur lequel raisonner, nous choisissons la définition de l’Accreditation Board for Engineering and Technology (ABET) qui décrit l’ingénierie de la conception comme :«… le processus de conception d’un système, composant ou processus visant à répondre à un besoin désiré. Il s’agit d’un processus de décision (souvent itératif), au sein duquel les sciences fondamentales, les mathématiques et les sciences de l’ingénierie sont utilisées pour transformer de façon optimale pour atteindre un objectif défini.» (ABET, 2013) (Traduit par l’auteur).

Référentiel conceptuel de l’innovation en ingénierie de la conception

Comme explicité dans le Manuel d’Oslo publié par l’OCDE (OCDE, 2018b), l’innovation et l’ingénierie de la conception sont étroitement liés. Une innovation est définie comme suit : «Une innovation n’est pas seulement une idée nouvelle ou une invention. Elle doit être mise en œuvre soit directement, soit en étant fournie à des tierces parties, entreprises, individus ou organisations, qui en font usage. Les effets économiques et sociaux des inventions et des idées dépendent de la diffusion et de l’adoption des innovations associées. En outre, l’innovation est une activité dynamique et universelle qui éclot dans toutes les branches d’une économie, et non la prérogative du seul secteur des entreprises.
D’autres types d’organisations, des individus aussi, apportent fréquemment des changements à des produits ou des processus, et génèrent, collectent et diffusent des connaissances nouvelles qui présentent un intérêt pour l’innovation. » (OCDE, 2018b) (Traduit par l’auteur)
Quatre sujets principaux d’innovation sont distingués par l’OCDE (OCDE, 2018b) : L’innovation produit : «L’introduction d’un bien ou d’un service nouveau.», L’innovation de procédé : « La mise en œuvre d’une méthode de production ou de distribution nouvelle ou sensiblement améliorée.» Définition à laquelle nous ajouterons l’axe d’innovation sur les personnes impliquées dans les procédés ciblés, «people innovation» telle que décrite par Knight (Knight, 1967) et reprise par Rowley (Rowley et al., 2011), L’innovation de commercialisation : «La mise en œuvre d’une nouvelle méthode de commercialisation impliquant des changements significatifs de la conception ou du conditionnement, du placement, de la promotion ou de la tarification d’un produit.»
L’innovation d’organisation : «La mise en œuvre d’une nouvelle méthode organisationnelle dans les pratiques, l’organisation du lieu de travail ou les relations extérieures de la firme.»
Outre les sujets d’innovation, l’innovation en elle-même est caractérisable. Notamment, le degré de nouveauté peut être considéré comme un critère discriminant.
On distinguera ainsi les innovations incrémentales (Dewar et al., 1986), proposant des modifications apportées à un concept préexistant (ex : un rasoir avec 3, puis 4, puis 5 lames), des innovations radicales (Dewar et al., 1986), proposant un changement fondamental du concept (ex : rasoir à lame, puis rasoir laser).

Classification des processus de conception

De la même manière que pour les théories la caractérisation des processus rend compte de leur grande diversité.
En 2005, Wynn et Clarkson publient un livre intitulé Design process improvement : A review of current practice (Wynn et al., 2005) dans lequel ils consacrent un chapitre présentant trois classifications des processus de conception. Celles-ci seront par la suite synthétisées par Gericke et Blessing (Gericke et al., 2011). La première, issue des travaux de Blessing (Blessing, 1994), différencie les processus basés sur les étapes (analyse du problème, conception détaillée, etc.) des processus basés sur les activités (générer, évaluer, sélectionner, etc.). Elle distingue quatre typologies de processus. Le modèle (a) représente le processus de conception par une suite chronologique d’étapes.
Le modèle (b) considère l’aspect itératif des processus, notamment de résolution de problèmes, représenté en une suite d’activités. Le modèle (c) combine les deux modèles précédents en considérant le processus de conception comme une suite chronologique d’étapes faites d’activités itératives. Enfin, le modèle (d) est construit comme le modèle (c) mais ajoute la notion de convergence vers la solution. La seconde classification est issue des travaux de (Lawson, 1980) et s’intéresse à l’orientation du processus vers le champ des problèmes ou celui des solutions :
Les processus orientés solution comme ceux présentant une solution initiale qui sera analysée, évaluée puis modifiée à travers un processus itératif.
Les processus orientés problème se concentrent sur une analyse et abstraction approfondies et détaillées du problème avant la génération d’un ensemble de solutions possibles.
Sur ce mode de classification, Wynn et Clarkson précisent que les travaux de Lawson identifient le background du concepteur comme un facteur déterminant dans le choix des processus orientés produit ou solution.
Le dernier type de classification, formalisé par Wynn et Clarkson, distingue les processus abstraits, procéduraux et analytiques (traduit par l’auteur) :
« Approches abstraites, qui sont proposées pour décrire les processus de conception à un haut niveau d’abstraction. Une telle littérature est souvent pertinente pour un large spectre d’utilisation mais n’offre pas de lignes directrices spécifiques quant à l’amélioration des processus. »
« Approches procédurales, qui sont de nature plus concrète, et se concentrent sur un aspect spécifique du projet de conception. Elles sont moins génériques que les approches abstraites mais plus pertinentes pour des utilisations pratiques. »
« Approches analytiques, qui sont utilisées pour décrire des cas particuliers des projets de conception. Ces approches sont constituées de deux parties : une représentation utilisée pour décrire les aspects du projet de conception, comme la matrice de la conception structurelle ou DSM (Steward, 1981) ; et les techniques, procédures ou outils numériques, qui utilisent la représentation pour mieux comprendre ou pour améliorer le processus de conception. »
La classification des processus nous permet ainsi d’identifier un ensemble de caractéristiques clés des processus : le format du processus, son orientation et son champ d’action.
Comme souligné par Lawson (Lawson, 1980), et identifié par Lahonde (Lahonde, 2010), le profil du concepteur (savoir, savoir-faire et savoir-être) apparaît également comme un élément essentiel à la caractérisation et processus.

Les acteurs de la conception

L’une des difficultés de la conception moderne, mais qui en fait également sa richesse, est l’importante variabilité des types de profils impliqués. Lahonde identifie trois profils essentiels, le décideur, le concepteur et l’utilisateur (Lahonde, 2010).
Dans le cadre de nos travaux l’utilisateur est laissé de côté, et ce malgré sa pertinence générale en ingénierie de la conception précédemment décrite.
La place du décideur, bien qu’elle soit fondamentale dans l’acceptabilité de nouvelles approches d’innovation, telle que la biomimétique, n’est également que peu discutée dans notre étude.
Celle-ci se concentre en revanche sur la pratique de la conception et donc sur le profil restant, celui du concepteur.
Alors qu’à l’origine, le concepteur est un ingénieur en charge d’un projet de conception, le plus souvent mécanique, l’évolution des attentes et des pratiques conduit à l’intégration de profils nouveaux tels que les ergonomes (Aoussat et al., 2000). Si l’on s’intéresse aux mécanismes ayant permis leur entrée au sein des équipes de conception trois étapes peuvent être synthétisées : La première étape est l’identification de besoins, besoins auxquelsles concepteurs ne savent pas répondre. Ceux-ci conduisent dans un premier temps à la génération de nouveaux outils (Berns, 1984).
La seconde étape, est une étape d’intégration partielle voir de rejet (Broberg, 2007). S’ensuit une complexification des processus visant à intégrer des méthodes pour répondre aux besoins,sans arriver à remplacer l’expertise du profil manquant (Falzon, 2005; Bernard et al., 2017).
Enfin, face à des résultats qui ne correspondent pas aux attentes et à la complexité des méthodes utilisées, la recherche méthodologique s’ouvre à la formation des ingénieurs au nouveau champ et/ou à l’intégration d’acteurs au sein des équipes (Marsot, 2002; Broberg, 2007; Daniellou, 2005; Lim, 2003; Seim et al., 2014). On observe alors une dissémination progressive de nouvelles méthodes et des outils associés à cette intégration.

La génétique et l’ADN, code universel du monde vivant

Le code génétique est un langage chimique principalement composé de quatre bases azotées, l’adénine, la cytosine, la guanine et la thymine. Cette molécule permet notamment le stockage de l’information nécessaire à la différenciation d’une cellule souche (cellules relativement indifférenciées à forte fréquence de multiplication) en n’importe laquelle des cellules d’un organisme. Elle code également pour la mise en place architecturale de celui-ci et assure son fonctionnement à tous les stades de son développement. Outre cela, elle représente le support de transmission de l’information lors de la reproduction et assure donc une stabilité relative entre les générations.
Ce sont les travaux de Mendel sur l’hérédité et l’identification du concept des gènes à travers l’hybridation et la transmission d’information sur des lignées de pois qui marquent le début de la génétique (Mendel, 1865). Le gène peut être défini de manière simplifiée comme une séquence d’ADN (ou d’ARN dans certain virus) possédant un emplacement spécifique dit locus, et codant pour la séquence d’acide-aminés d’un polypeptide donné (Pearson, 2006).
On appelle allèle la version d’un gène. Ces allèles variables sont représentatifs de la diversité génétique. Par exemple, les groupes sanguins A, B, AB, O sont issus de différents allèles d’un même gène.
Comme parfois dans l’histoire des sciences, les travaux de Mendel, pourtant fondamentaux, sont oubliés pour un temps. En parallèle, les approches se font plus descriptives et l’on étudie les composants de la cellule et du noyau par le biais de leurs propriétés physico-chimiques.
À la suite des travaux de Flemming sur la mitose (division des cellules somatiques i.e. non sexuelles) et la chromatine (une des formes de repliement de l’ADN) (Olins et al., 2003), c’est Waldeyer qui en 1888 nommera chromosome la forme particulièrement condensée de la chromatine (Waldeyer, 1888). À cette époque aucune connexion n’est faite entre l’approche conceptuelle de Mendel et celle physico-chimique de Waldeyer.
Ce n’est qu’au début du XXe siècle que Sutton et Boveri font le rapprochement entre les travaux de Mendel et le comportement des chromosomes durant la mitose (Gayon, 2016). Cette association fondamentale entre la théorie de Mendel et les entités physiques des chromosomes conduira au développement de la génétique moderne et à la compréhension des phénomènes de mutation.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE 
1 CHAPITRE 1 : CONTEXTE DES TRAVAUX
1.1 CONTEXTE GENERAL
1.2 CONTEXTE INDUSTRIEL
1.3 CONTEXTE SCIENTIFIQUE
1.4 CONTEXTE DU LABORATOIRE DE RECHERCHE
1.5 ENJEUX DES TRAVAUX
1.6 CONCLUSION SUR LE CONTEXTE DE NOS TRAVAUX
2 CHAPITRE 2 : ETAT DE L’ART
2.1 STRUCTURE DE L’ETAT DE L’ART
2.2 INGENIERIE DE LA CONCEPTION
2.3 SCIENCES DU VIVANT
2.4 CONCEPTION BIOMIMETIQUE
2.5 CONCLUSION SUR L’ETAT DE L’ART
3 CHAPITRE 3 : PROBLEMATIQUE ET HYPOTHESES
3.1 FORMULATION DE LA PROBLEMATIQUE
3.2 HYPOTHESES
3.3 STRUCTURE ET APPROCHE METHODOLOGIQUE
3.4 CONCLUSION SUR LE CHAPITRE 3
4 CHAPITRE 4 : LEGITIMITE ET ATTENTES DES PRATICIENS 
4.1 FONDEMENTS ET STRUCTURATION DU CHAPITRE 4
4.2 MATERIELS ET METHODES DU CHAPITRE 4
4.3 RESULTATS DU CHAPITRE 4
4.4 CONCLUSION DU CHAPITRE 4
5 CHAPITRE 5 : ADAPTATION DU PROCESSUS ET DES PRATIQUES 
5.1 FONDEMENT ET STRUCTURATION DU CHAPITRE 5
5.2 MATERIELS ET METHODES UTILISES DANS LE CHAPITRE 5
5.3 IDENTIFICATION DES POINTS CLES D’AMELIORATION
5.4 ADAPTATION DU CADRE METHODOLOGIQUE
5.5 ÉVALUATION DES APPORTS PRESCRIPTIFS
5.6 CONCLUSION SUR LE CHAPITRE 5
6 CHAPITRE 6 : INTEGRATION ET FORMALISATION DU BIOMIMETICIEN 
6.1 FONDEMENT ET STRUCTURATION DU CHAPITRE 6
6.2 MATERIELS ET METHODES UTILISES DANS LE CHAPITRE 6
6.3 COMMUNICATION ET COLLABORATION AU SEIN D’UNE EQUIPE DE CONCEPTION BIOMIMETIQUE INTERDISCIPLINAIRE
6.4 LE BIOMIMETICIEN
6.5 CONCLUSION SUR LE CHAPITRE 6
6.6 CONCLUSION SUR LES PHASES EXPERIMENTALES
7 CHAPITRE 7 CONTRIBUTIONS ET LIMITES 
7.1 CONTRIBUTIONS INDUSTRIELLES
7.2 CONTRIBUTIONS ACADEMIQUES ET SCIENTIFIQUES
7.3 CONTRIBUTIONS PEDAGOGIQUES
7.4 SYNTHESE SUR LES CONTRIBUTIONS
8 CHAPITRE 8 : CONCLUSION ET PERSPECTIVES
8.1 CONCLUSION
8.2 PERSPECTIVES
8.3 PUBLICATIONS ASSOCIEES A CE TRAVAIL DE THESE
REFERENCES

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