Development of materials criticality profiling methodology at product level

par Yanya Jin

Thèse de doctorat en Ingénierie Sociotechnique des Connaissances, des Réseaux et du Développement Durable

Sous la direction de Bertrand Guillaume et de Junbeum Kim.

Soutenue le 31-01-2017

à Troyes , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube) , en partenariat avec CSC (China Scholarship Council) (Organisme gouvernemental étranger) et de Institut Charles Delaunay / ICD (laboratoire) .

Le président du jury était Éric Châtelet.

Le jury était composé de Éric Châtelet, Emmanuel Caillaud, Hung-Suck Park, Gang Liu.

Les rapporteurs étaient Emmanuel Caillaud, Hung-Suck Park.

  • Titre traduit

    Développement d'une méthodologie d'évaluation de la criticité des matériaux au niveau du produit


  • Résumé

    Les impacts causés par la crise des terres rares en 2010 mettent en évidence l’importance des matériaux et ont conduit en un intérêt accru dans la recherche sur leur criticité. Cette thèse s’ouvre par un état de l’art qui présente et évalue les travaux existants dans ce domaine et met en évidence trois lacunes de la recherche sur la criticité des matériaux (l’absence d’un véritable diagnostic de criticité; l’absence d’une méthodologie d’évaluation de la criticité au niveau produit; le défaut de lien bien établi entre mécanisme de criticité, méthode d’évaluation et solutions proposées). En conséquence, la thèse comble les deux premières lacunes et offre plusieurs pistes à l’égard de la troisième. Concernant le diagnostic de la criticité d’un matériau, la thèse propose d’illustrer le mécanisme de criticité par quatre dimensions : le déséquilibre entre offre et demande ; l’importance du matériau pour le produit ; l’accessibilité de l’approvisionnement ; et les facteurs dynamiques. Une définition de la criticité est proposée. Le mécanisme de criticité étant au centre de la recherche, une méthodologie permettant de déterminer la criticité matérielle à l’échelle « produit » est développée et complétée par un modèle applicatif quantitatif. La méthodologie offre un raisonnement général pour conduire une étude de la criticité ; le modèle illustre une de ses possibilités d’être appliqué à des cas réels pour déterminer quantitativement la criticité. A la fin, l’application du modèle à deux produits (l’aimant permanent et la diode électroluminescente) est présentée


  • Résumé

    Rare earth crisis in 2010 showed the importance of some materials and whipped up interest in the research on material criticality. A review work was first conducted in order to get a better understanding of the existing work in this research area and to see where more work is needed. Based on this review, three research gaps were identified (lack of a comprehensive diagnosis of criticality; lack of evaluation methodology at the product level; lack of links between the mechanism of criticality, the evaluation methodology and the solutions offered. This thesis focuses on the two first research gaps and offers several ideas for the last one. Regarding diagnosis of criticality, the mechanism is illustrated under four dimensions: imbalance between supply and demand, importance of the material to product, supply accessibility and dynamic factors. A definition of criticality is also put forward. Considering the established mechanism as research core, a methodology to evaluate the criticality of materials at the product level has been developed and is completed with a concrete and quantitative model. The methodology offers guidance on how to assess criticality and sets a framework for evaluation. The model illustrates a way to use this methodology through a tool that assigns a ‘criticality score’ to materials and shows how the score is contributed. The calculations were automated in Excel. Two applications, one for permanent magnet and the other for light emitting diode, were conducted to demonstrate and improve the methodology and the model


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