Plans d’expériences: Plans factoriels Réalisé par: ALAMI Badia ALMI Naoual Encadré par: M. Khalid LAHLOU

I-Définition Un plan d'expériences est une suite d’essais rigoureusement organisés, afin de déterminer avec un minimum d’essais et un maximum de précision, l’influence respectives des différents paramètres de conception ou de fabrication d’un produit, afin d’en optimiser les performances. Ils sont applicables à de nombreuses disciplines et à toutes les industries à partir du moment où l’on recherche le lien qui existe entre une grandeur d’intérêt, y, et des variables, xi. Il faut penser aux plans d'expériences si l’on s’intéresse à une fonction du type : Y=f(xi)

II-Notions concernant les plans d’exp ériences (via un exemple) Réponse: consommation en carburant d’une voiture Facteurs: vitesse, charges, pression des pneus… a-Notion d’espace expérimental Passage des variables d’origine aux variables codées x=A-A0/pas Un facteur peut être représenté par un axe gradué et orienté. La valeur donnée à un facteur pour réaliser un essai est appelée niveau.

Une expérience donnée est alors représentée par un point dans ce système d'axes. Un plan d'expériences est représenté par un ensemble de points expérimentaux.

b-Notion de surface de réponse Le nombre et l'emplacement des points d'expériences est le problème fondamental des plans d'expériences. On cherche à obtenir la meilleure précision possible sur la surface de réponse tout en limitant le nombre d’expériences

c-Notion de modélisation mathématique On choisit a priori une fonction mathématique qui relie la réponse aux facteurs. On prend un développement limité de la série de Taylor-Mac Laurin. Tel que: y : la réponse ou la grandeur d’intérêt Xi : représente le niveau attribué au facteur i ai : sont les coefficients du modèle mathématique adopté

d-Modélisation expérimentale Deux compléments doivent être apportés au modèle précédemment décrit. Le manque d’ajustement e La nature aléatoire de la réponse Δ La relation devient : y=f(xi)+e+ Δ e-Système d’équation: Plusieurs expériences Plusieurs points expérimentaux Système d’équation y est le vecteur des réponses. X est la matrice de calcul, ou matrice du modèle, qui dépend des points expérimentaux choisis pour exécuter le plan et du modèle postulé. a est le vecteur des coefficients. e est le vecteur des écarts.

III-Plans factoriels Un plan factoriel est un plan d’expérience dont les facteurs sont indépendants. Il existe 2 types de plans factoriels: Plans factoriels complets: Ces plans possèdent un nombre de niveaux limité à deux pour chaque facteur. Toutes les combinaisons de niveaux sont effectuées au cours de l'expérimentation. Donc si on a k facteurs, on a 2k essais à effectuer. Plans factoriels fractionnaires : Les plans factoriels fractionnaires sont des plans factoriels qui permettent d'étudier tous les facteurs mais dont le nombre d'essais est réduit par rapport aux plans factoriels complets.

IV-Etude de cas 1-Description de l’étude La mise au point de la formule d’un ciment nécessite d’équilibrer plusieurs propriétés dont la plasticité et la vitesse de prise. On améliore la plasticité d’un ciment en ajoutant un additif : le PNS, mais cet additif a la propriété d’accélérer la prise du ciment , il faut donc ajouter un second additif qui est la liqueur noire pour retarder la prise. Ciment final=ciment de base+eau+liqueur noire+PNS 2-Objectif de l’étude: Trouver les compositions qui conduisent à un ciment ayant: Une plasticité entre 120 et 130 mm Une vitesse de prise comprise entre 30 et 40 en unités arbitraires de vitesse

3-Réponses Plasticité et vitesse de prise 3-Réponses Plasticité et vitesse de prise . 4-Facteurs et domaine d’étude Facteur Niveau bas Niveau haut Rapport E/C 0.33% 0.35% Liqueur noire 0.12% 0.18% PNS 0.08%

5-Choix du plan d’expérience: Le responsable de l’étude décide d’étudier les 3 facteurs avec un plan factoriel complet 23 . Le plan factoriel comporte donc 8 essais, mais il est prudent d’ajouter un point de contrôle pour vérifier la validité du modèle mathématique. Essai n° % E/C (1) % Liqueur noire (2) % PNS (3) 1 - 2 + 3 4 5 6 7 8 9 -1 0.33% 0.12% 0.08% +1 0.35% 0.18%

6-Construction du plan par le logiciel JMP: Entrer les réponses et les facteurs Diapositive 12 Définition du plan d’expérience Diapositive 13 Préparer les calculs Diapositive 14 Examiner les résultats des calculs Diapositive 15 Interpréter les résultats Diapositive 16