Assistance à la conception coopérative fondée sur la sémantique des ouvrages

251 Pages·2005·5.66 MB·French

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Ecole Doctorale IAE M Lorraine

Assistance à la conception coopérative fondée
sur la sémantique des ouvrages
Application au domaine du bois

THESE

pour l’obtention du
Doctorat de l’Institut National Polytechnique de Lorraine
Discipline : Sciences de l’architecture
Formation doctorale : Informatique

Présentée et soutenue publiquement
par
Mohamed Bouattour
le 18 Octobre 2005

Directeur de Thèse :
M Pascal Triboulot
Ingénieur ENIM, Professeur des universités – Directeur de l’ENSTIB (Ecole Nationale
Supérieure des Technologies et Industries du Bois)

Composition du jury :

Rapporteurs :
Architecte D.E.S.A. - Professeur à l'école d'architecture de Paris La
M François Guena
Villettes.
Professeur de l'université de Namur - Belgique, Directeur de CITI
M Eric Dubois
(Centre for IT Innovation- Henri Tudor) - Luxembourg.
Examinateurs :
Architecte DPLG, Professeur à l'école d'architecture de Nancy. (co-
M Jean Claude Bignon
directeur)
M Gilles Halin Maître de conférence en Informatique à l'université de Nancy 2.
Ingénieur, Gérant de la Société Laurenti, Coordinateur de l'IAI
M Bernard Ferries
'International Alliance for Interroperability' France.
Centre de Recherche en Architecture et Ingénierie – UMR MAP 694 – Ecole d’Architecture de Nancy
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Remerciements

Tout d'abord, je présente tous mes remerciements (et plus) à Julie et à mes parents pour
leur soutien et leur patience au cours de ces quatre années de travail.
Je tiens à remercier M. François Guena et M. Eric Dubois pour avoir participé à ce
travail en qualité de rapporteurs. Merci à M Bernard Ferries de m’avoir aidé à rassembler
certains documents, d’avoir accepter examiner ma thèse et de participer à mon jury.
Je souhaite remercier également les personnes qui ont participé à ce travail de
recherche par leur aide et les enseignements qu’ils ont su m’apporter, en particulier :
- M. Pascal Triboulot, mon directeur de thèse, sans qui cette thèse n'aurait pas démarré, ni
abouti ;
- M. Jean Claude Bignon, mon co-directeur de thèse, qui n’a cessé de m’encadrer, et de
m’éclairer par ses conseils et son savoir ;
- M. Gilles Halin pour le regard avisé qu’il a porté sur mon travail.
Un grand merci aux architectes et professionnels que j’ai eu l’occasion de côtoyer au
cours de cette thèse, parmi lesquels : V. Lemarquis, F. Lausecker, J. Anglade, B. Reitz, G.
Duchanois, B. Benoit, au contact desquels j’ai pu trouver un terrain d’expérience privilégié.
Merci aux personnes que j'ai côtoyées dans l'équipe MédiaConstruct, et à l’IAI France,
et qui m'ont aidé à avancer techniquement, scientifiquement et intellectuellement.
Merci à Julien Lemale (stagiaire informaticien) pour l’aide déterminante qu’il m’a
apporté lors du développement informatique de l’interface présentée dans cette thèse. Je lui
souhaite beaucoup de réussite dans ses activités futures. Je remercie également Jérôme
Thibaut (étudiant DEA) avec qui j’ai ‘parcouru des montagnes’ (dans les Vosges) pour
réaliser nos questionnaires.
Merci également aux membres du MAP-CRAI et de l’EAN, Alain, Sabrina, Sylvain,
Damien, Vincent, Daniel, Eric et tous les autres avec qui j’ai eu le plaisir de travailler
durant ces années.
Je remercie enfin le Centre National de la Recherche Scientifique, l’UMR Modélisation
pour l’Architecture et le Paysage, son directeur, M Michel Florenzano, le Centre de
Recherche en Architecture et Ingénierie, son directeur, M Jean Pierre Perrin, l’ENSTIB
(Ecole Nationale Supérieure des Technologies et Industries du Bois) et le Conseil Régional
de Lorraine pour le soutien matériel qu’ils ont apporté à mes travaux.

Nancy, le 31 Aout 2005

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Sommaire
Sommaire

Remerciements--------------------------------------------------------------------------------------------------03
Sommaire---------------------------------------------------------------------------------------------------------05
Introduction------------------------------------------------------------------------------------------------------07

Première partie : Activités coopératives, contexte de la construction
en bois et expression des besoins
-----------------------------------------------------------13

Chapitre 1
Le projet de conception de bâtiment et le contexte de la construction en bois--15

1.1 Le projet, une notion structurante dans le domaine du bâtiment--------------------------17
1.2 La conception architecturale, une phase spécifique dans le domaine du bâtiment-----22
1.3 La conception dans le domaine du bois : une activité coopérative exigeante------------28
1.4 Identification des acteurs du domaine du bâtiment-------------------------------------------35
1.5 Les contraintes et les problématiques inhérentes à la conception et à la coopération
dans le domaine du bâtiment----------------------------------------------------------------------41
Conclusion partielle ---------------------------------------------------------------------------------------------47

Chapitre 2
Le travail collectif : approche sociale et développement de systèmes coopératifs
d’aide à la conception------------------------------------------------------------------------------------49

2.1 Coordination, Collaboration et Coopération---------------------------------------------------50
2.2 Activité de groupe et relations sociales ----------------------------------------------------------58
2.3 Analyse des outils du Travail Coopératif Assisté par Ordinateur (TCAO) -------------66
2.4 Expérimentation de systèmes coopératifs dans une situation de conception
coopérative ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 77
Conclusion partielle----------------------------------------------------------------------------------------------81

Chapitre 3
La coopération dans le domaine du bâtiment, notamment dans le domaine du
bois, comparaison avec les secteurs automobile et aéronautique---------------------83

3.1 La coopération dans le secteur du bâtiment----------------------------------------------------84
3.2 Identification des pratiques réelles de la coopération dans le domaine de la
construction en bois --------------------------------------------------------------------------------------------93
3.3 La co-production dans les secteurs automobile et aéronautique---------------------------99
3.4 Etude comparative de la coopération dans les secteurs du bâtiment, de l’automobile et
de l’aéronautique -----------------------------------------------------------------------------------
110
Conclusion partielle--------------------------------------------------------------------------------------------115

Chapitre 4
La maquette numérique et le modèle IFC-----------------------------------------------------117

4.1 Les objets sémantiques et la notion de maquette numérique------------------------------118
4.2 Le modèle IFC---------------------------------------------------------------------------------------123
4.3 Les outils actuels utilisant la maquette numérique IFC------------------------------------135
4.4 De la maquette au projet numérique-----------------------------------------------------------137
Conclusion partielle -------------------------------------------------------------------------------------------139

- 5 -
Sommaire

Deuxième partie : Spécification d’un modèle utilisant la sémantique
des ouvrages et mise en place d’un système coopératif
-------------------141

Chapitre 5
De la modélisation conceptuelle des ouvrages au Projet Virtuel Coopératif---143

5.1 La modélisation du contexte du projet de bâtiment-----------------------------------------144
5.2 Le ‘méta-modèle’ de coopération----------------------------------------------------------------147
5.3 Le Projet Virtuel Coopératif --------------------------------------------------------------------150
Conclusion partielle ------------------------------------------------------------------------------------------- 173

Chapitre 6
Conception et expérimentation d’une interface contextuelle d’un système
coopératif orienté ‘ouvrage’ ------------------------------------------------------------------------175

6.1 Mise en place d’une visualisation interactive pour le projet virtuel coopératif--------176
6.2 Evolution de Bat’Map----------------------------------------------------------------------------- 180
6.3 La mise en œuvre de Bat’Map V4---------------------------------------------------------------182
6.4 Confrontation de Bat’Map avec le domaine de la conception coopérative -------------202
6.5 Validation de Bat’Map V4------------------------------------------------------------------------212
Conclusion partielle ------------------------------------------------------------------------------------------- 216

Conclusion générale-------------------------------------------------------------------------------------------219

Liste des références bibliographiques---------------------------------------------------------------------223

Table des matières-------------------------------------------------------------------------------------------- 241

Liste des illustrations-----------------------------------------------------------------------------------------245

Liste des tableaux--------------------------------------------------------------------------------------------- 247

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Introduction

Introduction

Le secteur du bâtiment est, depuis très longtemps, une production fortement collective.
De la conception à la maintenance en passant par la construction, le bâtiment est un cadre
d’activité où agissent de nombreux intervenants. Ces derniers, loin d’être de simples
acteurs indépendants, entretiennent des relations constantes, ce qui donne à ce secteur non
seulement sa dimension collective mais également sa dimension collaborative.
Plus spécifiquement, la phase de conception d’un bâtiment qui constitue le cadre
général de réflexion de notre travail, est à elle seule le fruit du travail collectif de tout un
système d’acteurs désignés sous le terme général de maîtrise d’oeuvre. La complexité d’un
bâtiment, les responsabilités qu’il induit comme la diversité des expertises mises en œuvre,
sont autant de paramètres qui invitent à une distribution coordonnée des tâches. Les points
de vue nombreux sont souvent partagés par les acteurs, et les décisions sur les divers
aspects du projet sont soumises à l’approbation collective.

Loin de remettre en cause cette situation, l’évolution actuelle du secteur du bâtiment ne
fait que renforcer cette tendance. L’émergence de nouveaux acteurs (assistants à la maîtrise
d’ouvrage, conseillers environnementaux, coordinateurs SPS1, etc.) liée à une demande
croissante de qualité, comme l’exacerbation de la concurrence ou la diminution des temps
de production, ne peuvent que renforcer la nécessité de mieux gérer la coopération entre les
différents acteurs et imposent de repenser de manière significative les démarches d’un
projet.

Dans ce vaste ensemble du secteur du bâtiment, nous nous sommes intéressé plus
particulièrement au domaine de l’architecture conçue et construite avec le bois. Nous
verrons que le renouveau de cette technique en France et la place particulière qu’elle
occupe en Lorraine justifient pleinement notre intérêt pour ce domaine. Les techniques de
construction en bois présentent en effet cette particularité de nécessiter le développement
d’une ingénierie fortement coopérative afin que les singularités du matériau soient prises en
compte dès l’amont de la conception. De nombreux acteurs de cette filière s’accordent pour

1 Sécurité, Protection de la Santé

- 7 -
Introduction

reconnaître que le bois nécessite une approche maîtrisée dans le cadre d’une coopération
concertée. Les acteurs du domaine du bois doivent donc oeuvrer de façon à intégrer le plus
en amont possible dans la conception les contraintes qui interviendront en aval afin de
proposer des solutions performantes qui répondent aux attentes contemporaines en terme de
confort, de sécurité et de fiabilité. Leurs interventions doivent être compatibles,
complémentaires et coordonnées.

Dans un tel environnement, le travail coopératif assisté par ordinateur « TCAO »
apparaît comme un enjeu fort pouvant potentiellement contribuer à apporter des éléments
de réponses aux défis évoqués. Il faut pourtant convenir qu’une telle approche reste
aujourd’hui encore bien étrangère aux principaux acteurs du bâtiment. Et il faut bien
constater la faible acceptation par leurs utilisateurs potentiels des outils comme les
collecticiels, les systèmes de gestion de flux et de projets ou même l’idée de maquette
numérique partagée. Plusieurs hypothèses sont avancées pour tenter d’expliquer cette
situation comme le présumé archaïsme du secteur du bâtiment. Outre qu’elles ne sont pas
véritablement fondées, ces explications ont pour effet de ne pas encourager la recherche de
solutions innovantes. JC Bignon (2004) avance pour sa part une autre hypothèse qui nous
paraît de nature à davantage inviter les professionnels du bâtiment comme les chercheurs à
aller de l’avant [Bignon 2004] : « Si nombre de tentatives d’importations d’outils des
secteurs de l’industrie manufacturière n’ont pas atteint les effets escomptés, c’est largement
parce que ces outils restent peu adaptés aux besoins spécifiques et aux besoins collectifs
des différents acteurs du bâtiment ».
Si l’on veut aujourd’hui que les outils de TCAO permettent une amélioration de la
conception coopérative, ils doivent donc prendre en compte les formes spécifiques de la
coopération des acteurs et s'adapter à l'organisation du travail dans le bâtiment.
La plupart des avancées dans le domaine de recherche du TCAO ont été fondées sur des
résultats empiriques obtenus grâce à des interactions entre des informaticiens, des
chercheurs en sciences humaines et des professionnels [Bourguin 2000]. Cette démarche
pluridisciplinaire, s’intéressant de plus en plus à l’utilisateur final ainsi qu’à son contexte
de travail, a permis de mettre en exergue les problèmes fondamentaux posés par les besoins
de l’utilisateur émergeant au cours de l’activité de travail coopératif.

C’est l’objet de notre recherche que de tenter de comprendre les fondements du travail
coopératif et de l’activité de conception de bâtiments, de manière à pouvoir les modéliser,
et ainsi développer un outil informatique prenant en compte les particularités de ce secteur.

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Introduction

L’apport de notre proposition va ainsi consister à :
- mettre en concordance le projet de bâtiment avec le cadre général des théories sociales sur
le travail coopératif ;
- distinguer les spécificités du travail coopératif dans un domaine tel que celui de la
construction en bois ;
- établir une analogie avec l’utilisation des maquettes numériques dans les secteurs
industriels précurseurs ;
- en déduire un modèle de coopération reposant sur la sémantique des ouvrages, capable de
décrire les situations interactives de conception ;
- instancier ce modèle dans un outil habilité à assister les concepteurs dans leur travail
coopératif.

Contexte de l’étude
Cette thèse a été effectuée dans le cadre du projet CoCAO2 (un environnement logiciel
coopératif pour les acteurs de l'architecture et du BTP) mené dans le laboratoire MAP-
CRAI. Le projet CoCAO a pour but d’analyser les pratiques de coopération lors de la
conception d’un projet architectural, puis de spécifier et développer des outils et des
environnements logiciels principalement destinés à assister l’activité coopérative.

Ce travail de thèse se place dans la continuité de trois travaux de thèse :
- Le premier travail (1995-2000), mené par Y. Sahnouni, a consisté à conduire une
réflexion sur la modélisation des données du bâtiment pour le développement d'outils
informatiques d'assistance à la conception technique. Ce travail a permis de spécifier un
modèle nommé ‘arTec’.
- Le deuxième travail (1998-2002), mené par O. Malcurat, s’est également inscrit dans le
processus de conception d’un projet architectural et a consisté à analyser les pratiques de
coopération, puis à spécifier et développer un collecticiel à l’usage des acteurs du projet.
Cet outil est principalement destiné à assister ces derniers dans les activités coopératives de
création de documents.
- Le troisième travail (2000-2003), mené par D. Hanser, a consisté à mettre en relation trois
concepts (les acteurs, les activités et les documents) afin de proposer un modèle de
coopération capable d’exprimer, dans un formalisme standardisé, les situations
d’interaction rencontrées au cours du travail coopératif des concepteurs.

2 Le projet CoCAO a démarré en 1998. Il est réalisé en partenariat avec l’équipe ECOO
(Environnements pour la COOpération) du LORIA (Laboratoire Lorrain de Recherche en
informatique et ses Applications)

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