Monitoring and advancing the circular economy transition : Circularity indicators and tools applied to the heavy vehicle industry

by Michael Saidani

Doctoral thesis in Sciences et technologies industrielles

Under the supervision of Bernard Yannou.

Thesis committee President: Nicolas Perry.

Thesis committee members: Alissa Kendall, Pascal Da Costa, Yann Leroy, François Cluzel.

Examiners: Tim C. McAloone, Peggy Zwolinski.


  • Abstract

    Implementing circular economy practices is increasingly acknowledged as a convenient solution to meet the goals of sustainable development. Meanwhile, there is at present no recognized way of measuring how effectively a region or a company is in making the transition to a circular economy, nor holistic monitoring tools for supporting such a process. New methods and tools are required to support industrial practitioners in their transition towards more circular practices, as well as to monitor the effects of circular economy adoption. In absence of regulations addressing the end-of-life management of their fleet, the heavy vehicles industry is both a challenging and promising industrial sector – of huge economic and environmental importance, but barely addressed from a research perspective – that needs to be boosted in its move to a more circular economy. An in-depth preliminary study reveals indeed huge potential to develop circular strategies and solutions in the heavy vehicles sector. This research explores the improvement potential for closing industrial material and components loops.On this basis, the objectives of the present Ph.D. thesis are: to provide an integrated and comprehensive framework to measure, improve and monitor the circularity performance of complex industrial systems; to identify the best mechanisms and action levers to close the loop on heavy vehicles and associated key components - providing thus decision-making support for the end-of-life management of heavy vehicles. At the intersection of design engineering and industrial ecology, this Ph.D thesis - by articles - aims to provide new meaningful insights both for academics and industrial practitioners. In fact, for each chapter, academic publications and industrial deliverables are given, illustrating and disseminating both theoretical contributions and practical implications. For instance, it includes: a proposed taxonomy of circularity indicators and its associated selection tool; an experimentation and critical analysis of several circularity indicators on a heavy vehicle’s key component; the design of a multi-tool methodology to model, simulate and quantify the impact of potential circular strategies; an industrial pilot study on an end-of-life heavy vehicle, dealing with the techno-economic and environmental analysis of possible recovery options.

  • Alternative Title

    Piloter et catalyser la transition vers une économie circulaire : Outils et indicateurs de circularité appliqués à l'industrie des véhicules lourds


  • Abstract

    Cette thèse fournit des clés pour mesurer, améliorer et piloter la performance de circularité de produits industriels à différentes échelles d’implémentation de l’économie circulaire (micro, meso, macro). Plusieurs indicateurs de circularité y sont expérimentés au travers d’un cas d’étude industriel et une analyse critique de ces indicateurs est effectuée au regard, entre autres, du paradigme de l’économie circulaire, et de leur intégration dans les pratiques industrielles de (re)conception et développement de produits et services. Dans le même temps, en réponse au nombre croissant d’indicateurs de circularité développés, de périmètres et d’ambitions inégales, une taxonomie d’indicateurs de circularité est proposée dans le but de clarifier le flou actuel autour de cette nébuleuse d’indicateurs de circularité. Cette classification ordonnée d’indicateurs est accompagnée de son outil informatique d’aide à la sélection afin de faciliter leurs usages appropriés. Un nouvel indicateur de circularité est également développé et expérimenté, puis des recommandations pour le développement d’indicateurs futurs sont discutées. Bien que les indicateurs évoqués dans la thèse aient pour vocation à être utilisés pour tout type de secteur, l’industrie des véhicules lourds en est le cadre d’application. En effet, en l’absence de réglementation européenne sur la fin de vie de ces véhicules, il s’agit d’identifier, de questionner et de tester les leviers d’actions que cette industrie peut activer pour améliorer sa performance dans une perspective d’économie circulaire.Tout d’abord, les meilleures pratiques et les défis actuels de l’industrie des véhicules légers et des véhicules lourds sont mis en exergue au regard des quatre pierres angulaires de l’économie circulaire définis par la Fondation Ellen MacArthur (conception circulaire, nouveaux modèles d’affaires, logistique inversée, écosystème) et des quatre boucles principales du modèle circulaire (maintenance, réutilisation, reconditionnement, recyclage). Ces pratiques exemplaires sont synthétisées au sein d’un guide de deux pages pour faciliter leur diffusion et adoption par les praticiens industriels désirant mettre en oeuvre de tels modèles de circularité. Par la suite, une étude industrielle pilote a été menée avec un constructeur d’engins de manutention cherchant à développer son activité de reconditionnement d’engins en fin de vie. Inspiré par des investigations sur le terrain couplé à un état de l’art étendu, une modélisation multi-échelles – a) engin et composants clés, b) processus de démantèlement, c) filières de valorisation – a permis (i) de proposer et de valider une amélioration (en temps et en ressources) des opérations de démontage d’un point de vue organisationnel et technique, (ii) d’effectuer une analyse économique et environnementale des activités de démantèlement et de valorisation. Un premier outil d’aide à la décision a également été conçu pour accompagner l’industriel dans la valorisation optimale de son engin en fin de vie. Des réflexions sur la généralisation et transposition des approches développées à d’autres engins ou secteurs sont données, ainsi que des pistes de recherche prometteuses pour accomplir davantage la transition vers une économie circulaire – effective, efficiente et durable.


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