Débuter avec les plans d’expériences

Dans cette interview, découvrez les conseils de l’expert Jacques Goupy pour réussir vos plans d’expériences. Les erreurs à ne pas commettre sur vos DOE (Design of Experiment).

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Vidéo Formation plan d’expériences

Débuter dans les plans d’expériences avec le livre de Jacques Goupy “Les plans d’expériences”

 

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Transcription de l’interview de Jacques Goupy

SIMON LECLERCQ : Bonjour à tous. Aujourd’hui, j’ai la chance d’interviewer quelqu’un qui a énormément de choses à partager avec nous. Alors, il est ingénieur, chercheur, consultant et auteur de plusieurs ouvrages de référence et également contributeur au célèbre Techniques de l’ingénieur. J’ai le plaisir de vous présenter Monsieur Jacques Goupy. Bonjour, Monsieur. Comment allez-vous?

JACQUES GOUPY : Bonjour, Monsieur Leclercq. Écoutez : ça va très bien. Comme on va parler des plans d’expérience, je suis toujours heureux d’aborder ce sujet.

SIMON LECLERCQ : Donc comme je disais, je suis très heureux de faire cette interview parce que je pense que votre travail sur les plans d’expériences, c’est ce dont on va principalement parler ce soir, c’est vraiment quelque chose qui peut faire gagner énormément de temps et d’argent aux entreprises qui les utilisent.

JACQUES GOUPY : Tout à fait.

SIMON LECLERCQ : Donc pour ceux qui ne connaissent pas cet outil magique, les plans d’expériences, restez avec nous parce que vous allez apprendre énormément de choses. Avant de rentrer dans le détail, je vais laisser Monsieur Goupy se présenter.

JACQUES GOUPY : Eh bien, écoutez. Je suis ingénieur chimiste de l’École de physique et de chimie de Paris. J’ai commencé ma carrière industrielle à [inaudible] (1:08) où j’ai participé. J’ai fait 6 ans de recherche. Et ensuite, j’ai fait deux ans de développement dans l’usine en m’occupant des nouveaux procédés et de l’amélioration des produits et des procédés. Et puis au bout de huit ans, j’ai quitté cette société et je suis entré chez Total où j’ai été adjoint au directeur de recherche. J’ai terminé ma carrière chez Total comme directeur des recherches extérieures, c’est-à-dire toutes les recherches qu’on ne faisait pas chez nous. Ça concerne en gros la recherche fondamentale parce que les sociétés industrielles font rarement de la recherche fondamentale puis on n’est jamais sûrs de l’aboutissement. Donc on peut collaborer avec beaucoup de professeurs, avec le CNRS, pour suivre l’évolution de la science dans les domaines qui nous intéressaient et en même temps, j’avais fait de la formation en plans d’expériences et j’ai fait du consulting dans d’autres entreprises, dans des filiales d’abord et puis ensuite dans d’autres entreprises sur les plans d’expériences.

SIMON LECLERCQ : D’accord. Donc vous êtes vraiment spécialiste des plans d’expériences. Vous êtes l’auteur du livre Les plans d’expériences. Est-ce que vous pourriez nous dire en une phrase pour ceux qui ne connaissent pas vraiment cet outil qu’est-ce que c’est, un plan d’expériences?

JACQUES GOUPY : Alors un plan d’expériences, c’est une façon d’organiser ses essais de manière optimale pour aboutir à la réponse au problème qui est posé. Alors si on peut prendre un exemple disons que tout le monde pourrait faire, on peut prendre l’exemple des œufs à la coque.

SIMON LECLERCQ : D’accord.

JACQUES GOUPY : Vous savez que pour faire des œufs à la coque, on les plonge dans l’eau bouillante et on les fait cuire 3 minutes, mais ce n’est pas toujours la réussite. Au bout des 3 minutes, il y a souvent du blanc qui reste non cuit ou du jaune qui est trop cuit. Et donc si on veut faire des œufs parfaits, eh bien, il faut faire des essais. Donc on va faire un petit pas d’expérience. On va se dire : « d’abord, qu’est-ce qu’il faut choisir? » Il faut choisir une méthode. Donc on peut ou plonger les œufs dans l’eau bouillante et puis les chauffer, ou on peut les mettre dans l’eau froide et puis attendre que ça bouille et les laisser bouillir un certain temps. Il y a déjà deux méthodes possibles.

SIMON LECLERCQ : Oui.

JACQUES GOUPY : Ensuite, on se demande quelle est la réponse qu’il faut mesurer. Alors là, on va dire que c’est le blanc qui est non cuit. On va peser le blanc qui est non cuit, mais déjà on se heurte à une petite difficulté : comment faire pour mesurer, peser du blanc qui est non cuit? Donc là, on voit déjà qu’on se heurte à un premier petit problème qui est l’analyse de la réponse et donc ça nécessitera probablement une petite étude préalable avant le plan d’expériences pour mettre au point un protocole de mesure pour être sûr qu’on va faire quelque chose qui tient la route. Ensuite, quand on a résolu ce problème-là, on se pose la question de savoir quels sont les facteurs. Alors il y a par exemple le temps de cuisson avant l’ébullition, le temps d’ébullition, le coin des œufs, savoir si les œufs frais ou les œufs un peu moins frais c’est la même chose. Enfin, on peut se poser plein de questions comme ça et donc on fait une liste de facteurs qui peuvent influer sur la réponse qu’on a étudiée. Et quand on a fait cette liste, c’est le moment de dire : « on va maintenant définir les niveaux des différents facteurs ». Donc par exemple, la température d’ébullition, il n’y a pas un problème; c’est 100°. Mais le temps, on va dire qu’on va prendre 3 minutes et 3 minutes 30. Le temps de refroidissement de l’œuf cuit, ça peut être 10 minutes ou un quart d’heure.

SIMON LECLERCQ : D’accord. C’est les niveaux en fait…

JACQUES GOUPY : C’est les niveaux qui vont définir les expériences à faire. Alors on fera une expérience à 3 minutes et à 10 minutes de temps de refroidissement, etc. Donc on fait cette liste et on arrive à un tableau où on a des niveaux bas et des niveaux hauts pour chacun des facteurs. Alors en général, on a ce qu’on veut. Là, on ferait un plan de puissance propre, par exemple. Un petit plan à trois facteurs. Et puis on suppose que le modèle mathématique, c’est un modèle du premier degré et on fait les mesures, et quand on a fini les mesures, on fait les calculs pour calculer l’effet de chacun des facteurs et on voit comment ils influencent la réponse. Et puis en fonction de ce modèle, on définit quelles sont les bonnes conditions pour avoir un œuf parfaitement cuit et surtout à la fin, on fait des expériences de contrôle pour être bien sûr que tout ce qu’on a fait est bon. C’est ça, un plan d’expériences. Vous voyez, c’est presque une méthode de mise en musique de la recherche.

SIMON LECLERCQ : D’accord. Donc une méthode pour optimiser, faire le moins d’essais possible.

JACQUES GOUPY : Alors voilà. Le moins d’essais possible? Oui, mais il faut quand même faire un certain nombre d’essais, mais c’est des essais pertinents que vous faites.

SIMON LECLERCQ : Oui.

JACQUES GOUPY : Vous voyez, c’est ça.

SIMON LECLERCQ : Parce que si on ne fait pas assez d’essais, on risque de louper des influences, des interactions?

JACQUES GOUPY : Oui. Il ne faut pas non plus trop se limiter en essais. Il faut faire des essais pertinents, mais si vous préparez bien votre plan d’expériences, vous y arrivez.

SIMON LECLERCQ : Vous avez parlé justement des facteurs. Est-ce que vous avez des astuces, des conseils pour comment bien choisir les facteurs? Est-ce que vous faites un brainstorming avec l’équipe? Il faut de l’expérience? Est-ce qu’il faut des données préalables?

JACQUES GOUPY : Oui, absolument. Il faut tout ça. Il faut d’abord que le responsable ait fait une bibliographie, qu’il se soit renseigné auprès de ses collègues, qu’il ait lu les rapports de la société. Enfin, il faut déjà qu’il ait amassé un certain nombre de connaissances. Les plans d’expériences, ce n’est pas fait pour vérifier une idée comme ça comme on peut faire en recherche rapide, on vérifie. Non. Un plan d’expériences, c’est déjà qu’on souhaite améliorer quelque chose qui existe déjà. Et donc on rassemble d’abord toute l’information et ensuite, oui : il faut faire un brainstorming. Il faut faire un brainstorming avec tous les gens qui sont concernés de tous les niveaux hiérarchiques et surtout ne pas inviter des gens parce qu’il est directeur [inaudible] (8:24). Non, non. Mais c’est un souvenir, là. C’est un des premiers plans que j’ai faits. On a fait un brainstorming. C’était la fabrication d’un joint automobile et il y avait des cloques sur ces joints. Donc c’était très embêtant et donc j’avais réuni tout le monde et puis on avait fait un brainstorming. On avait listé des facteurs; il y avait une trentaine de facteurs et il y avait un monsieur qui ne disait rien. C’était l’ouvrier qui faisait fonctionner la machine qui fabriquait les fameux joints. Et je lui dis : « mais Monsieur, vous n’avez rien dit. Vous n’avez rien à dire? » Alors évidemment, il n’osait rien dire parce qu’il y avait les ingénieurs, les directeurs, les techniciens et timidement, il dit : « écoutez. Moi, j’ai constaté que le solvant de nettoyage était devenu bien sale depuis quelque temps ». Alors là, l’ingénieur de fabrication s’est levé et il m’a dit : « comment? Le solvant est sale? » Il dit : « mais ce n’est pas possible! » Il dit : « mais c’est sûrement ça. On va vérifier tout de suite. Qu’on change le solvant immédiatement ». Ils ont changé le solvant et immédiatement les cloques ont disparu sur les joints. Vous voyez que c’est très important de faire venir tout le monde.

SIMON LECLERCQ : Oui. Après, vous conseillez combien de personnes? Il ne faut pas non plus être 30.

JACQUES GOUPY : Alors 8 ou 10, pas plus.

SIMON LECLERCQ : Oui. OK.

JACQUES GOUPY : Ni moins.

SIMON LECLERCQ : OK.

JACQUES GOUPY : S’il n’y en a pas beaucoup, il n’y a pas assez d’idées et il y en a trop, il y a trop de discussions.

SIMON LECLERCQ : OK. D’accord. Donc justement, quels seraient vos trois conseils pour réussir un plan d’expériences?

JACQUES GOUPY : C’est d’abord passer pas mal de temps à la préparation, bien fixer l’objectif. C’est très difficile de fixer les objectifs contrairement à ce qu’on pense. Pendant un temps, j’ai vérifié chez Total toutes les demandes d’études qui venaient du commercial ou qui venaient des usines et les gens ne savent pas poser leurs problèmes. Par exemple, ils disent : « mesurer la teneur en fer » ou c’est toujours souvent en termes de solutions alors que ça n’explique pas quel est le problème qui se pose. Donc il faut vraiment interviewer les gens pour être sûr qu’ils posent la bonne question ou les embêter jusqu’à tant qu’ils posent la bonne question sur laquelle on pourra travailler. Donc passer du temps à bien préparer son plan, à bien fixer les objectifs. L’objectif…

SIMON LECLERCQ : Et comment vous, vous faites pour fixer vos objectifs, par exemple? Vous avez des astuces?

JACQUES GOUPY : Il faut surtout que l’objectif soit quantifié.

SIMON LECLERCQ : D’accord.

JACQUES GOUPY : Par exemple, il ne faudrait pas dire : « peu d’impuretés ». Si vous fabriquez un produit, peu d’impuretés, ce n’est pas un bon objectif. L’objectif, c’est moins de 10 PPM, plus ou moins 2 PPM. Voilà. Alors à ce moment-là, on sait à la fin de l’étude si on a atteint ou si on n’a pas atteint l’objectif.

SIMON LECLERCQ : D’accord.

JACQUES GOUPY : Si vous dites quelque chose de flou, vous êtes sûr, on vous reprochera toujours de ne pas avoir réussi l’étude ou d’avoir été trop long. Deuxième conseil : si vous êtes débutant, faites un plan simple.

SIMON LECLERCQ : D’accord.

JACQUES GOUPY : Ne cherchez pas des plans compliqués. Vous ne vous en sortirez pas et vous direz : « les plans d’expériences, ça ne marche pas ».

SIMON LECLERCQ : D’accord. C’est quoi un plan simple alors?

JACQUES GOUPY : C’est un plan de 4 ou 8 essais de puissance 2 ou de puissance 3. Vous voyez?

SIMON LECLERCQ : D’accord. Donc deux facteurs?

JACQUES GOUPY : Deux facteurs à deux niveaux. Si vous faites ça, c’est déjà pas mal.

SIMON LECLERCQ : D’accord.

JACQUES GOUPY : Ça vous donnera confiance et après, vous ferez un des plans fractionnaires, un des plans en surface de réponse, mais avec plus d’assurance. Si vous vous lancez tout de suite et seul, vous risquez d’aller à la catastrophe.

SIMON LECLERCQ : D’accord.

JACQUES GOUPY : Ou alors si vous vous lancez parce que vous êtes obligé, vous avez un plan compliqué parce que l’étude est compliquée, faites-vous aider par quelqu’un, soit un ingénieur qui en a déjà fait, soit un consultant extérieur.

SIMON LECLERCQ : Le dernier conseil?

JACQUES GOUPY : Alors le dernier conseil, j’en aurais deux.

SIMON LECLERCQ : Il y a un bonus. Il y a un bonus.

JACQUES GOUPY : Il y a un bonus. C’est d’abord de bien suivre ses essais pour être sûr que les conditions que vous avez définies sont suivies, qu’il n’y a pas d’incident : une panne mécanique ou électrique ou un opérateur qui change un niveau, une température pour une raison ou une autre.

SIMON LECLERCQ : D’accord.

JACQUES GOUPY : Donc bien suivre les essais et ensuite, quand vous avez terminé les essais, c’est facile de rentrer les résultats. On fait simplement attention à ne pas se tromper de ligne. On met le bon résultat en face du bon essai. Et enfin, dernière chose qu’il faut absolument faire, c’est des essais de validation.

SIMON LECLERCQ : D’accord. Valider les résultats?

JACQUES GOUPY : Valider les conclusions du plan par des essais, sinon vous risquez la catastrophe.

SIMON LECLERCQ : Par exemple, moi, ça m’est arrivé. On a fait un plan d’expériences au laboratoire parce que sur la machine de production c’était plus compliqué à mettre en œuvre. Donc on a fait un plan d’expériences au labo et derrière, il faut confirmer ça avec des essais en production en grandeur réelle, on va dire. C’est important.

JACQUES GOUPY : Oui. Disons que si vous faites ça, vous faites les essais de labo, c’est pour vous orienter et en réel, vous changez de domaine quand même.

SIMON LECLERCQ : Oui.

JACQUES GOUPY : Vous changez de domaine. Donc les conclusions du labo, il faut s’en méfier. Elles vont dans le bon sens sûrement, mais ça ne sera pas forcément exactement la même chose.

SIMON LECLERCQ : D’accord. OK. Donc si je résume, vous avez quatre conseils. Premièrement : bien préparer son plan d’expériences en fixant des objectifs quantifiables. Deuxièmement, c’est commencer simple et après, quand on a acquis l’expérience, on peut faire des plans plus complexes. Trois, c’est bien suivre ses essais pour être sûr qu’il n’y a pas un niveau d’un autre facteur qui bouge, etc. Et quatrièmement, c’est valider les résultats du plan d’expériences.

JACQUES GOUPY : Oui, c’est l’essentiel, là.

SIMON LECLERCQ : Maintenant, est-ce que vous auriez trois erreurs à nous éviter de commettre?

JACQUES GOUPY : Il ne faut pas négliger la préparation. Il faut surtout bien adapter les réponses à la question posée, c’est-à-dire qu’il y a beaucoup de gens qui disent : « c’est facile de mesurer. Ça, c’est ce qu’on va mesurer ». Mais ça ne répond pas forcément à la question qui est posée, et des fois, c’est difficile de trouver une réponse. J’avais eu à faire un plan d’expériences sur le stress des contrôleurs d’avions.

SIMON LECLERCQ : Waouh. Donc sur un facteur humain.

JACQUES GOUPY : Sur un facteur humain.

SIMON LECLERCQ : Intéressant.

JACQUES GOUPY : Oui, oui, c’était très intéressant, mais le problème, c’était comment mesurer le stress.

SIMON LECLERCQ : Tout à fait. Vous y êtes arrivé?

JACQUES GOUPY : Là, on s’est un petit peu cassé la tête. Bon, moi, je ne peux pas tout dire parce que malheureusement, je n’en ai pas l’expérience; il y a beaucoup de confidentialité. Qu’est-ce qu’il y a encore comme défi? Il y a le pétillant, par exemple, ou le croustillant.

SIMON LECLERCQ : Ah oui. Tout ce qui est sensationnel.

JACQUES GOUPY : J’ai travaillé avec une filiale de Danone et je fabriquais des biscuits et ils voulaient des biscuits croustillants.

SIMON LECLERCQ : D’accord.

JACQUES GOUPY : Donc il a fallu qu’on mesure le croustillant.

SIMON LECLERCQ : Oui, d’accord. Donc là, il doit sûrement y avoir appel à des témoins, des gens qui testent et qui…

JACQUES GOUPY : Ah oui. Alors ça, c’est l’analyse de sensitométrie.

SIMON LECLERCQ : Alors moi, admettons que je suis débutant, etc. Les plans d’expériences, il y a beaucoup de mathématiques, etc., et ça fait longtemps que je ne suis plus allé à l’école. Comment je peux faire pour m’aider justement à analyser les plans d’expériences? Est-ce qu’il y a des outils?

JACQUES GOUPY : Oui. Depuis longtemps, il y a des logiciels qui font des plans d’expériences qui sont d’ailleurs très, très bons. Moi, j’ai commencé avec un tableur.

SIMON LECLERCQ : D’accord. Avec Excel. OK.

JACQUES GOUPY : Non, ce n’était même pas Excel. C’était avant, mais bon.

SIMON LECLERCQ : OK.

JACQUES GOUPY : Dites-vous bien que dans les années 70 il n’y avait pas beaucoup d’ordinateurs. Comme logiciels… écoutez. Moi, je peux vous donner une liste de logiciels qui sont tous très bons. Il y a Minitab, il y a StatGraphics, il y a JMP, il y a Statistica, Unscrambler.

SIMON LECLERCQ : OK.

JACQUES GOUPY : Pirouette, Modde. Ils sont tous… ça fait des années et des années qu’ils font des plans d’expériences. Donc ils ont eu des retours de tous les utilisateurs et franchement, ils sont tous bons pour la construction ou pour l’analyse des résultats. Non seulement ils font des calculs, mais ils font des graphiques. Ça, c’est précieux parce que ça vous permet de faire beaucoup d’hypothèses, de faire des prévisions et franchement, travailler avec des logiciels d’aujourd’hui, c’est un plaisir.

SIMON LECLERCQ : Parce que tous ces logiciels-là, la majorité sont payants. Est-ce qu’il existe des logiciels gratuits?

JACQUES GOUPY : Peut-être, mais je ne m’y suis pas intéressé. À un moment donné, avec un ami, on avait mis au point un logiciel Excel qui marchait sur Internet.

SIMON LECLERCQ : D’accord.

JACQUES GOUPY : Mais Excel a changé et il fallait refaire tous les programmes. Donc on ne l’a pas fait puis on s’est aperçu que finalement on était nettement au-dessous de la qualité des logiciels professionnels.

SIMON LECLERCQ : D’accord, OK.

JACQUES GOUPY : Alors les logiciels professionnels, tous vous permettront de travailler un mois avec gratuitement.

SIMON LECLERCQ : Vous avez dit pour rentrer doucement dans les plans d’expériences, ce qui est bien, c’est de se former justement. Pour celui qui veut démarrer là, celui qui veut faire un pas de plus sur cet outil, qu’est-ce que vous lui conseilleriez?

JACQUES GOUPY : Alors, je conseillerais d’abord de lire un excellent livre qui est La Méthode des plans d’expériences, mais surtout de ne pas tout lire. De lire les 4 premiers chapitres — c’est les plans les plus simples — et puis le dernier chapitre, c’est les conseils.

SIMON LECLERCQ : D’accord. Écoutez, Monsieur Goupy, je vous remercie pour cette interview. Il y a beaucoup de choses à apprendre. Donc comme ceux qui veulent aller plus loin, je vous invite fortement à lire ce livre et puis retenez le conseil : les 4 premiers chapitres et puis après allez plus loin.

JACQUES GOUPY : Voilà. Et pour aller encore plus loin là, je conseille de suivre une formation ou de faire appel à quelqu’un qui peut vous aider.

SIMON LECLERCQ : D’accord. OK.

JACQUES GOUPY : Et puis après, ce sera votre rôle d’aider les autres.

SIMON LECLERCQ : Très bien. Exactement. Merci, Monsieur Goupy. Au revoir.

JACQUES GOUPY : Voilà. Merci, Monsieur Leclercq.