Pour une conception et un développement de produits pour tous : analyser les usages grâce à la réalité virtuelle

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1 SUJET de THESE Pour une conception et un développement de produits pour tous : analyser les usages grâce à la réalité virtuelle ENCADREMENT Jean-Claude Sagot (Pr) UTBM IRTES-SeT - Equipe ERCOS Florence Bazzaro (MC) UTBM IRTES-SeT - Equipe ERCOS POSITIONNEMENT Inscription souhaitée dans l ED SPIM Thèse en Sciences pour l Ingénieur. Positionnement scientifique en Génie Industriel DESCRIPTIF DU SUJET DE THESE De nombreux travaux se sont développés ces dernières années autour de la conception pour tous, sous les terminologies de «design for all» ou d «inclusive design». La conception pour tous ou conception universelle, est définie par l Organisation des Nations Unies dans la convention relative aux droits des personnes handicapées adoptée en 2006, comme «la conception de produits, d équipements, de programmes et de services qui puissent être utilisés par tous, dans toute la mesure possible, sans nécessiter ni adaptation, ni conception spéciale.» (OMS, 2001). Cette démarche fait référence à un état d esprit et vise à prendre en compte un grand nombre d utilisateurs et une grande variété de contextes d utilisation au moment de la conception et du développement de produits (Vanderheiden, 2000), permettant ainsi de réduire l exclusion de certaines catégories de personnes. Certaines variantes et évolutions de la conception pour tous ont été proposées par différents auteurs (Jordan, 2000) (Vanderheiden, 2000) (Newell & Gregor, 2000) (Keates & Clarkson, 2003). Newell et Gregor (2000), par exemple, proposent «une conception sensible à l utilisateur» à travers une démarche de conception centrée utilisateurs ayant des besoins spécifiques. Ces auteurs proposent d intégrer les futurs utilisateurs, personnes en situation de handicap, dans le processus comme des acteurs à part entière de la conception de produits. De manière plus générique, dans le domaine de la conception et du développement de produits, de nombreux auteurs (Duchamps, 1999)(Aoussat, Christofol, & Le Coq, 2000), (Sagot, Gouin, & Gomes, 2003) insistent sur le rôle central de la participation des utilisateurs dans le processus de conception, de façon à concevoir conjointement le produit et son usage. L usage est défini comme la mise en activité effective d un objet dans un contexte social, permettant à l utilisateur de satisfaire un objectif (Brangier & Barcenilla, 2003). Nous entendons par usage, une double nuance : l activité réelle la relation entre un objet, un produit, et une personne dans un environnement (physique et social), dans un contexte temporel, pour satisfaire un objectif

2 (fonctionnel ou émotionnel) et la pratique sociale, us, coutumes, habitudes. Ainsi, la création d un nouveau produit nécessite d imaginer des situations d usage qui correspondent de manière optimale aux besoins et pratique des utilisateurs afin de concevoir des produits adaptés aux possibilités opératoires, cognitives, sociales ou affectives des utilisateurs. En nous appuyant sur les travaux de notre équipe de recherche (Sagot, Gouin, & Gomes, 2003) (Bazzaro, Charrier, & Sagot, 2012) (Charrier, Bazzaro, & Sagot, 2014) et sur les travaux fédérateurs de la conception pour tous (Vanderheiden, 2000), (Newell & Gregor, 2000), (Keates & Clarkson, 2003), le processus de conception de produits pour tous, peut être défini, comme un processus en trois étapes itératives, renouvelées à chaque évolution majeure du produit en cours de développement : l analyse de la situation de référence, de la cible, des personnes et de leurs besoins ; la recherche et la production de solutions de conception ; l évaluation des solutions de conception proposées. La figure 1 propose une illustration de ce processus de conception de produits pour tous. L utilisateur, noté U, est au centre du processus de conception de produits pour tous. Figure 1 Processus de conception de produits pour tous Dans le cadre de ce processus de conception de produits pour tous et sur la base des travaux de (Darses, 2001), deux approches peuvent être distinguées : La première consiste à concevoir des produits, pour l utilisateur. L équipe de concepteur est alors composée d experts métiers. Ainsi les phases d analyse permettent aux experts en facteurs humains (ergonome, designer industriel) d analyser les personnes, leurs caractéristiques, leurs besoins, leurs attentes. Ces données sont ensuite interprétées et transmises à l équipe de conception sous forme de spécifications. La phase d évaluation est conduite par l équipe de conception à l aide de simulation, de projection de l usage du futur produit et de l activité future souhaitable en terme de santé, de sécurité, de bien-être, d efficience, d efficacité et de satisfaction (Sagot, Gouin, & Gomes, 2003) (Sagot & Gomes, 2003) réalisées et évaluées par les experts métiers. Cette dernière est définie, évaluée et validée par les acteurs de la conception.

3 L utilisateur, les besoins de la personne sont représentés mais, ne sont pas présents au cœur du processus de conception. La seconde approche repose sur la participation active de l utilisateur au processus de conception de produits en accord avec la norme ISO , intitulée «Ergonomie de l'interaction homme-système». L utilisateur devient alors un acteur du processus de conception. Ainsi, dans les phases d analyse, il est interrogé, étudié ; dans les phases de recherche de solutions, il est co-concepteur et dans les phases d évaluation, il expérimente la solution proposée. L usage et l activité future sont construits, expérimentés par l utilisateur. Cette spécification de l intervention de l utilisateur dans le processus de conception d un produits soulève la question de comment optimiser ce processus de conception pour tous afin de mieux intégrer les besoins, attentes et caractéristiques des personnes en situation de handicap, des seniors etc.? Il en découle la nécessité d identifier quel méthodes et outils permettent d inclure les personnes en situation de handicap, les seniors au cœur de ce processus de conception? Plus spécifiquement, dans le cadre de ces travaux de recherche, nous nous focaliserons sur l étape d évaluation. Ainsi, la question posée est d identifier quels méthodes et outils peuvent permettre aux experts en facteurs humains et/ou aux utilisateurs d évaluer un produit en cours de conception? En effet, lors d une évaluation par les experts métiers en facteur humain, l ergonome ou le design industriel doivent faire appel à leur connaissance des utilisateurs pour simuler, projeter et anticiper l usage futur du produit, pour scénariser l activité future souhaitable (Sagot, Gouin, & Gomes, 2003), (Sagot & Gomes, 2003) (Falzon, 2013). Les spécificités de chaque situation de handicap, la complexité des stratégies de compensation mises en œuvre par les personnes en situation de handicap entrainent nécessairement des difficultés importantes pour la simulation, la projection et l anticipation de l activité future souhaitable de l utilisateur. Ainsi, il est important pour les experts en facteur humain de pouvoir s appuyer sur des outils efficaces leur permettant de simuler, de projeter, voire d avoir accès à l usage futur du produit et à l activité future souhaitable de l utilisateur. De même, lorsque l utilisateur est acteur de l évaluation et expérimente, grâce à des simulations, l utilisation d un futur produit, il doit construire son activité future, pour cela, il convient également de lui fournir des outils. De même que précédemment, la typologie des utilisateurs va engendrer des questionnements spécifiques et il sera ainsi important d identifier quels outils peuvent soutenir la construction du couple usage / produit par l utilisateur potentiel, quel que soit ses spécificités et ses besoins. De nombreux travaux se sont intéressés à l apport de la simulation numérique (Béguin & Weill-Fassina, 1997) (Maline, 1994) (Daniellou, 2007) dans les démarche d ergonomie participative (Wilson, 1991) (Haslegrave, Wilson, & Corlett, 1990) et dans la mise en œuvre des méthodes de conception centrée utilisateur (Norman, 2013) (norme ISO , 2010) pour favoriser l évaluation des solutions de conception. Depuis quelques années, la réalité virtuelle a été envisagée comme un outil permettant la prise en compte de la fonction d usage

4 lors des différentes phases du processus de conception de produits, notamment lors des phases d évaluation des solutions de conception (Burkhardt, 2003) (Moreau, Fuchs, & Stergiopoulos, 2004). En effet, par définition, la finalité de la réalité virtuelle est d entraîner une personne dans des activités cognitives et sensori-motrices réalisées en temps réel, en l immergeant dans un monde artificiel, créé numériquement et pouvant simuler certains aspects du monde réel (Fuchs, 2006). Ainsi cet outil peut permettre d une part aux experts en facteurs humain de simuler l usage du futur produit en cours de conception, et ainsi, l activité future souhaitable de l utilisateur (Craig, Sherman, & Will, 2009) (Lorisson, 2006) (Lorisson, 2010), d autre part aux futurs utilisateurs du produit, d expérimenter leur activité future face à un prototype virtuel. L activité observée, étudiée est, alors, celle de l utilisateur (Mahdjoub, Gomes, Sagot, & Bluntzer, 2007) (Chryssolouris, Mavrikios, Fragos, & Karabatsou, 2000). Ainsi, dans le cadre de ces travaux de recherche, nous proposons de soulever le questionnement scientifiquement suivant : comment, grâce aux outils de réalité virtuelle, favoriser l intégration des besoins, attentes et caractéristiques spécifiques des personnes en situation de handicap, des seniors, des personnes à besoins spécifiques au cœur du processus de conception, notamment lors des phases d évaluation, que cela soit par l intermédiaire des experts métiers en facteurs humains ou par une participation active de l utilisateur. Cette problématique de recherche soulève un certain nombre de verrous scientifiques, nous présentons les principaux. Le premier verrou scientifique soulevé est d identifier quels sont les freins et leviers à l utilisation des technologies de la réalité virtuelle par des personnes en situation de handicap, des seniors. Ainsi, par exemple, un des principaux freins à l utilisation de la réalité virtuelle est l utilisabilité des applications de réalité virtuelle et leurs adaptations à des personnes en situation de handicap. Pour répondre à ce frein, nous pourrons notamment nous positionner dans la suite des travaux menés au sein de notre équipe (Bennes, Bazzaro, Chevriau, & Sagot, 2014), et nous appuyer sur la méthodologie de conception d application de réalité virtuelle ASAP, qui favorise leur utilisabilité dans le cadre de la conception de produits. L équipe ERCOS dispose d une plate forme de réalité virtuelle, composée de 2 murs de grande dimension (2.30m*2.10m) et d un sol ((2.30m*2.30m). La plate forme est dotée d un système de capture de mouvement et d un système de vision stéréoscopique. L équipe ERCOS dispose également d un casque de réalité virtuelle et d un système de capture de mouvement mobile afin de pouvoir mener des études en milieu hospitalier si nécessaire. D autres verrous scientifiques doivent également être levés. Ainsi, il sera également important de s intéresser à la validité écologique de la réalité virtuelle pour prendre des décisions en termes de conception de produits pour tous. Pour répondre à ce verrou, il pourrait notamment être pertinent de mener des études comparatives reposant sur l évaluation d un produit en réalité virtuelle vs. l évaluation d un produit grâce à un prototype physique. Il s agira notamment de se focaliser sur les richesses et spécificités de chacun de ces types d évaluation dans le cadre de produits conçus pour des personnes en situation de handicap.

5 Enfin, un des verrous majeurs de ce travail de recherche est un verrou méthodologique. En effet, il s agit d étudier, dans le cadre de l étape d évaluation et de validation d une solution de conception en réalité virtuelle, les spécificités et apports réciproques d une évaluation réalisée par un expert métier en facteur humain (designer industriel ou ergonome) de celle réalisée par un utilisateur. En effet, ces deux approches sont régulièrement utilisées en conception de produits (Darses, 2001), cependant, à notre connaissance, peu, voir pas d études se sont intéressées à étudier leur impact et complémentarité dans le processus de conception de produits, notamment dans le contexte, extrêmement spécifique de la conception pour tous. ORGANISATION DES TRAVAUX DE RECHERCHE Année 1 : Etat de l art sur les méthodologies de conception de produits centrées sur les utilisateurs Etat de l art sur les méthodologies de conception de produits pour tous Etat de l art sur la réalité virtuelle : application à la conception de produits, et à l ergonomie Etudes de cas exploratoire : conception de produits pour tous en partenariat avec le Centre de Rééducation fonctionnelle Bretegnier (Héricourt, 70) Année 2 : Etude expérimentale des freins et leviers à l utilisation de la réalité virtuelle en fonction des typologies de handicap, des typologies de produits conçus, et des technologies de réalité virtuelle utilisées, notamment casque de réalité virtuelle vs. plateforme type CAVE Etude expérimentale sur la validité écologique de la réalité virtuelle à travers une étude comparative : prototype virtuel vs. prototype physique dans le cadre du développement d un produit pour tous Année 3 : Proposition d une méthodologie de conception de produits pour tous o Reposant sur les outils de réalité virtuelle o Reposant sur des outils favorisant la simulation de l activité future souhaitable par les experts métiers o Reposant sur des outils permettant l expérimentation par des utilisateurs potentiels en situation de handicap Application de la méthodologie et des outils associés à des cas d études de conception de produits pour tous en partenariat avec le centre de rééducation fonctionnelle Bretegnier (Héricourt, 70) Etude et impacts respectifs de la participation des experts métiers et/ou de l utilisateur à l évaluation d un produit pour tous, en cours de conception. Bibliographie Aoussat, A., Christofol, H., & Le Coq, M. (2000). The new product design a transverse approach. Journal of Engineering Design, 11(4),

6 Baeumle, T. (2012). Concevoir des bâtiments accessibles à tous : approche méthodologique centrée utilisateur basée sur des outils de réalité virtuelle. Montbéliad: Université de Franche Comté. Bazzaro, F., Charrier, M., & Sagot, J.-C. (2012). Design et ergonomie : facteurs d'innovation dans la conception. 47ème Congrès International de la Société d'ergonomie de Langue Française (SELF), (p. 7 pages). Béguin, P., & Weill-Fassina, A. (1997). La simulation en ergonomie : connaitre, agir et interagir. Octares. Bennes, L., Bazzaro, F., Chevriau, S., & Sagot, J.-C. (2014). Virtual Reality as a Support Tool for Ergonomic-Style Convergence. Journal of Virtual Reality and Broadcasting, 11(5). Brangier, E., & Barcenilla, J. (2003). Concevoir un produit facile à utiliser : Adapter les technologies à l'homme. Editions d'organisation. Burkhardt, J. (2003). Ergonomie et réalité Virtuelle : quelques apports réciproques,. Le travail humain, 66, pp Charrier, M., Bazzaro, F., & Sagot, J.-C. (2014). Ergonomie et design industriel au service de la conception pour tous : étude exploratoire en contexte pédagogique. 49ème congrès international de la Société d Ergonomie de Langue Française (SELF), (p. 8 pages). Chryssolouris, G., Mavrikios, D., Fragos, D., & Karabatsou, V. (2000). A virtual reality-based experimentation environment for the verification of human-related factors in assembly processes. Robotics and Computr Integrated Manufacturing, 16, Craig, A., Sherman, W., & Will, J. (2009). Developing virtual reality applications : foundations of effective design. Morgan Kaufmann Pub. Daniellou, F. (2007). Des fonctions de la simulation des situations de travail en revue électroniques, 4(3), Darses, F. (2001). Converger vers une solution en situation coopérative de conception : analyse cognitive du processus d'argumentation.. Actes du 10ème Atelier du travail humain. Duchamps, R. (1999). Méthode de conception des produits nouveaux. Hermès-Lavoisier. Falzon, P. (2013). Ergonomie constructive. PUF. Fuchs, P. (2006). Le traité de la réalité virtuelle. Paris: Presse de l'ecole des Mines. Haslegrave, C., Wilson, J. R., & Corlett, E. N. (1990). Work design in practice. Proceedings of the Third International Occupational Ergonomics Symposium Zadar. London: Taylor and Francis. ISO (2010). Ergonomie de l'interaction homme-système. Jordan, P. (2000). Designing of Pleasurable Products: An Introduction to the New Human Factors. London: Taylor & Francis.

7 Keates, S., & Clarkson, J. (2003). Countering design exclusion. (J. Clarkson, R. Coleman, S. Keates, & C. Lebbon, Éds.) Springer. Lorisson, J. (2006). La réalité virtuelle dans le groupe PSA Peugeot Citroën. Dans P. Fuchs, Le traité de la réalité virtuelle (Vol. 3, pp ). Presses de l'ecole des Mines. Lorisson, J. (2010). Réalité virtuelle dans l'industrie-développement des produits et des processus. Techniques de l'ingénieur, 5(965). Mahdjoub, M., Gomes, S., Sagot, J.-C., & Bluntzer, J.-B. (2007). Towards a collaborative human centered design methodology with virtual reality. In Proceedings of 37thInternational Conference on Computers and Industrial Engineering. Maline, J. (1994). Simuler le travail : une aide à la conduite de projet. Lyon: Anact Outils et Méthodes. Moreau, G., Fuchs, P., & Stergiopoulos, P. (2004). Applications of virtual reality in the manufacturing industry: from design review to ergonomic studies. Mécaniques et Industries, 5, pp Newell, A., & Gregor, P. (2000). User sensitive inclusive design : in search of a new paradigm. Conference on Universal Usability, (pp ). Norman, D. (2013). The Design of Everyday Things: Revised and Expanded Edition. Basic Books. OMS. (2001). Classification internationale du fonctionnement, du handicap et de la santé. Sagot, J. C., & Gomes, S. (2003). Intégration des facteurs humains dans la démarche de conception : approche ergonomique. Cahier des notes documentaires, hygiène et sécurité au travail(191), Sagot, J.-C., Gouin, V., & Gomes, S. (2003). Ergonomics in product design : safety factor. Safety Science Journal, special issue: safety in design, 41(2-3), Vanderheiden, M. G. (2000). Fundamental principles and priority setting for universal usability. Proceeding A.C.M. Conference on Universal Usability, (pp ). Wilson, J. R. (1991). Ergonomics and participation. Dans J. R. Wilson, & E. N. Corlette (Éds.), Evaluation of Human Work (pp ). London: : Taylor and Francis.

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