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Arts et Métiers ParisTech - Centre de Paris Laboratoire de Conception de Produi

Arts et Métiers ParisTech - Centre de Paris Laboratoire de Conception de Produit et Innovation 2016-ENAM-0063 École doctorale n° 432 : Science des Métiers de l’ingénieur Jury Mme Brigitte BORJA DE MOZOTA, Professeur, Université Paris Ouest Rapporteur M. Xianyi ZENG, Professeur, GEMTEX, ENSAIT Rapporteur Mme. Carole BOUCHARD, Professeur, LCPI, ENSAM Examinateur M. Wilson KINDLEIN JUNIOR, Professeur, LdSM, UFRGS Examinateur M. Jean-François OMHOVER, Maître de Conférences, LCPI, ENSAM Examinateur M. Hideyoshi YANAGISAWA, Professeur associé, Université de Tokyo Examinateur M. Jonathan BOITTIAUX, Responsable développent, Autoliv Isodelta Invité Directeur de thèse : Carole BOUCHARD Co-directeur de thèse : Wilson KINDLEIN JUNIOR Co-encadrement de la thèse : Jean-François OMHOVER Doctorat ParisTech T H È S E pour obtenir le grade de docteur délivré par l’École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers Spécialité “ Conception ” présentée et soutenue publiquement par Everton Sidnei AMARAL DA SILVA le 30 novembre 2016 DESIGN, TECHNOLOGIE ET PERCEPTION : Mise en relation du design sensoriel, sémantique et émotionnel avec la texture et les matériaux T H È S E 2 3 The best way to predict the future is to create it (Peter Drucker) 4 5 Remerciements Je mesure aujourd’hui l’étendue des relations humaines que j’ai nouées pendant la réalisation de cette thèse de doctorat, j’ai rencontré des personnalités de divers profils : des professeurs, des collègues, des amis et des connaissances que je souhaiterais aujourd’hui remercier, puisqu’ils ont contribué, chacun à leurs niveaux, à modeler ma vision tout au long de ces quatre années et permettre aujourd’hui l’accomplissement de mon travail de thèse. Mes premières pensées s’addressent à ma directrice de thèse Professeur Carole BOUCHARD, qui a dédié un effort incroyable à toutes les étapes de ce travail, je la remercie pour sa constante disponibilité, pour m’avoir toujours encouragé et orienté vers les meilleures solutions, notamment sur les questions d’analyse de données. Je ne saurais énumérer la quantité d’outils et de méthodes que j’ai appris grâce à elle et je tiens à la remercier pour avoir toujours été patiente, et pour m’avoir accompagné jusqu’au bout malgré mes difficultés de communication en langue française (et je pense en avoir encore un peu !). Je remercie mon co-encadrant de thèse Jean-François OMHOVER qui a depuis le début largement participé dans plusieurs parties de ma thèse, et qui m’a toujours fait avancer lors de nos réunions de Groupe de Travail de Thèse (GTT), merci Jean-Francois pour ton dynamisme et ta bonne humeur légendaire qui m’a remis maintes fois sur les bonne bases. Je remercie mon co-directeur de thèse Wilson KINDLEIN JUNIOR qui m’a beaucoup encouragé lors de ma candidature pour le doctorat au LCPI, et qui par la suite m’a beaucoup aidé à distance depuis le Laboratoire de Design et Sélection de Matériaux – LdSM au Brésil. Le professeur KINDLEIN qui dirige ce Laboratoire brésilien m’a accueilli depuis 1998 dans son équipe, dans lequel je suis toujours aujourd’hui. Je remercie également toutes les personnes du LdSM qui m’ont aidé à réaliser ma thèse. D’autre part, l’environnement du laboratoire LCPI s’est révélé particulièrement formidable au développement de cette recherche, et je tiens à remercier le Directeur du laboratoire, Monsieur Améziane AOUSSAT pour m'avoir accepté comme doctorant au sein de son laboratoire, et pour le soutien que le laboratoire m’a acordé, que ce soit au niveau du support matériel ou immatériel. Ensuite, je tiens à remercier tous les collègues du LCPI qui m’ont soutenu, par leur écoute et les conseils qui ont contribué à l’élaboration de ce travail, que soit dans les réunions de GTT ou dans les réunions informels, notamment Francis RASAMOELINA, Vincent RIEUF, et bien d’autres. Ainsi que tous les élèves PJE qui ont collaboré sur des activités expérimentales, soit comme participant ou comme collaborateur. Enfin, je tiens à remercier les partenaires industriels AUTOLIV Isodelta en France et TAKATA du Brésil qui m’ont offert la possibilité d’utiliser des échantillons de volants automobiles dans mes expérimentations. C’est grâce à eux qui j’ai réussi à développer cette étude de cas dans le secteur automobile. Je remercie le CNPq – (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico) pour le support financier du gouvernement brésilien qui m’a permis de réaliser cette étude avec une bourse de 4 ans de recherche au LCPI. Pour conclure, je souhaiterais remercier ma famille, mes amis, mes proches, spécialement celle qui est parvenue à me supporter au quotidien, Daniela Souto, pour m’avoir soutenu tout au long de cette épreuve de 4 ans avec mon fils Pedro Souto Amaral. 6 SOMMAIRE REMERCIEMENTS ..................................................................................................................... 05 SOMMAIRE .................................................................................................................................. 06 GLOSSAIRE DES ABREVIATIONS ........................................................................................ 08 GLOSSAIRE DES SYMBOLES ET UNITES DE MESURE ................................................. 09 LISTE DES FIGURES ................................................................................................................. 10 LISTE DES TABLEAUX ............................................................................................................. 13 INTRODUCTION .......................................................................................................................... 14 A. Contexte et problématique de la recherche.................................................................................. 14 B. Périmètre de la recherche............................................................................................................. 19 C. Objectif de la recherche ………..................................................................................................... 20 D. Synoptique de thèse et structure du document ............................................................................ 21 E. Considérations méthodologiques.................................................................................................. 23 Chapitre 1 : ETAT DE L’ART .................................................................................................. 26 PARTIE 1 - VARIABLES SUBJECTIVES ….................................................................................. 26 1.1 L’Etude des Sens ................................................................................................................................. 26 1.1.1 La vue ........................................................................................................................................... 28 1.1.2 Le toucher ..................................................................................................................................... 29 1.2 Sémantique et Sémiotique …………..................................................................................................... 32 1.2.1 Descripteurs sémantiques ............................................................................................................ 35 1.3 L’Etude des Emotions ........................................................................................................................... 39 1.3.1 Design Emotionnel ......................................................................................................................... 41 1.3.2 Les Echelles d’Emotions ............................................................................................................ 44 1.3.3 Ingénierie Kansei …………............................................................................................................. 47 1.3.4 Matériauthèques ........................................................................................................................... 49 PARTIE 2 - VARIABLES TECHNIQUES ………............................................................................ 56 2.1 Textures tactiles..................................................................................................................................... 56 2.1.1 Concepts et Classifications ............................................................................................................ 57 2.1.2 Matériaux vs Processus de Fabrication ......................................................................................... 64 2.1.3 Paramètres de texture ................................................................................................................... 70 2.1.4 Analogies et Applications ............................................................................................................... 76 2.1.5 Base de données de textures ........................................................................................................ 80 2.2 Méthodes d'Analyse et de Sélection ..................................................................................................... 82 2.2.1 Sélection des Matériaux ................................................................................................................. 85 2.2.2 Analyse des Textures et Métrologie Sensorielle ............................................................................ 87 2.2.3 Analyse de la Valeur d’Estime ....................................................................................................... 92 PARTIE 3 – CONCLUSION DE L’ETAT DE L’ART ……………………………….….….…….......... 97 3.1 Constats ............................................................................................................................................... 97 Chapitre 2 : PROBLEMATIQUE ET HYPOTHESES ................................................. 101 2.1 Problématique ...................................................................................................................................... 101 2.2 Hypothèses de modélisation ................................................................................................................. 102 7 Chapitre 3 : EXPERIMENTATIONS ..................................................................………….. 105 3.1 Introduction ....................................................................................................... 105 3.2 EXP1A : Perception visuelle – matériaux/textures ............................................................................... 107 3.2.1 Objectifs ……………………........................................................................................................... 107 3.2.2 Protocole expérimental – EXP1A .................................................................................................. 107 3.2.3 Résultats et discussion …….......................................................................................................... 110 3.2.4 Conclusion et validation des Hypothèses H1 et H2 ...................................................................... 122 3.3 EXP1B : Perception visuelle – matériaux/macrotextures/produits ........................................................ 123 3.3.1 Objectifs ……………………........................................................................................................... 123 3.3.2 Protocole expérimental – EXP1B .................................................................................................. 123 3.3.2.1 Protocole – Sélection de volants du marché ......................................................................... 123 3.3.2.2 Protocole – Questionnaire utilisateur ........................................................................... 128 3.3.3 Résultats et discussion …….......................................................................................................... 130 3.3.4 Conclusion et validation des Hypothèses H1 et H2 ...................................................................... 134 3.4 EXP2 : Perception visuo-tactile – matériaux/macrotextures/produits ……........................................... 137 3.4.1 Objectifs ……………………........................................................................................................... 137 3.4.2 Protocole expérimental – EXP2 .................................................................................................... 137 3.4.2.1 Protocole – Perception visuo-tactile de volants du marché ....................................................... 138 3.4.2.2 Protocole – Questionnaire utilisateur ............................................................................... 143 3.4.3 Résultats et discussion …….......................................................................................................... 144 3.4.4 Conclusion et validation des Hypothèses H1 et H2 ...................................................................... 168 3.5 EXP3 : Analyse technique de macrotextures......................................................................................... 172 3.5.1 Objectifs ……………………........................................................................................................... 172 3.5.2 Protocole expérimental – EXP3 .................................................................................................... 172 3.5.2.1 Protocole EXP3A – Mesure de la rugosité ............................................................................ 173 3.5.2.2 Résultats EXP3A ................................................................................................................... 176 3.5.2.3 Protocole EXP3B – Mesure de la dureté …........................................................................... 178 3.5.2.4 Résultats EXP3B .................................................................................................................. 179 3.5.2.5 Protocole EXP3C – Mesure de la dissipation thermique ...................................................... 180 3.5.2.6 Résultats EXP3C ……........................................................................................................... 183 3.5.2.7 Protocole EXP3D – Caractérisation visuel de macrotextures ......................……................. 186 3.5.2.8 Résultats EXP3D ……........................................................................................................... 188 3.5.3 Conclusion et validation des Hypothèses H1 et H2 ...................................................................... 190 3.6 Apports expérimentaux ……................................................................................................................. 192 3.7 Mise en relation des expérimentations ……......................................................................................... 194 Chapitre 4 : MODELE DE MISE EN RELATION DES DIMENSIONS DU DESIGN EMOTIONNEL AVEC LA TEXTURE ET LES MATERIAUX ……….. 206 4.1 Structure et corrélations ........................................................................................................................ 206 4.2 Discussions sur le modèle …………………………...……………………………………………………….. 210 4.3 Apports scientifiques et industriels ........................................................................................................ 213 Chapitre 5 : CONCLUSION ..........................…………………………………………………… 215 5.1 Apports globaux .................................................................................................................................... 215 5.2 Conclusion générale ………….……………………………………………………………………………….. 218 5.3 Suggestions pour la poursuite de la recherche ..................................................................................... 218 REFERENCES ............................................................................................................…………..... 220 ANNEXES .......................................................................................................................…............ 235 ANNEXE 1 – ANALYSE D’EXISTANT ............................................................................... 236 ANNEXE 2 – EXP1A .......................................................................................................... 237 ANNEXE 3 – EXP1B .......................................................................................................... 247 ANNEXE 4 – EXP2 ............................................................................................................ 261 ANNEXE 5 – EXP3 ............................................................................................................ 288 8 GLOSSAIRE DES ABREVIATIONS LCPI Laboratoire de Conception de Produits et Innovation LdSM Laboratorio de Design e Seleção de Materiais - Brésil ENSAM Ecole National Supérieure d’Arts et Métiers UFRGS Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Brésil TRENDS Projet du Laboratoire CPI (base de données des outils cognitifs) WEB World Wide Web EXP Expérimentation EN English - (langue) FR Française – (langue ou population) BR Brésilienne – (langue ou population) CES Cambridge Engineering Selector IDEO Renommé bureaux de design centré sur l’utilisateur UNISINOS Universidade do Vale dos Sinos - Brésil CIENTEC Fundação de Ciência e Tecnologia - Brésil FEEVALE Universidade Feevale - Brésil UCS Universidade de Caxias do Sul - Brésil MATERIO Matériauthèques Materio - Paris ENSAD Ecole National Supérieure d’Arts Décoratifs INNOVATECH Matériauthèque - l'Institut Technologique Forêt 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