Outils d'élaboration de stratégie de recyclage basée sur la gestion des connaissances : application au domaine du génie des procédés

par Philippe Chazara

Thèse de doctorat en Automatique, signal, productique, robotique

Sous la direction de Stéphane Negny.

Soutenue le 06-11-2015

à Toulouse, INPT , dans le cadre de École doctorale Systèmes (Toulouse) , en partenariat avec Laboratoire de génie chimique (Toulouse) (laboratoire) .

Le président du jury était Florent Bourgeois.

Le jury était composé de Stéphane Negny, Ludovic Montastruc, Jacques Villeneuve.

Les rapporteurs étaient Nicolas Perry, Mauricio Camargo-Pardo.


  • Résumé

    Dans ce travail, une étude est réalisée sur le développement d'une méthodologie permettant la génération et l'évaluation de nouvelles trajectoires de valorisation pour des déchets. Ainsi, pour répondre à cette problématique, trois sous problèmes ont été identifiés. Le premier concerne un cadre de modélisation permettant la représentation structurée et homogène de chaque trajectoire, ainsi que les indicateurs choisis pour l'évaluation de ces dernières, permettant une sélection ultérieure. Le deuxième se concentre sur le développement d'une méthodologie puis la réalisation d'un outil permettant la génération de nouvelles trajectoires en s'appuyant sur d'autres connues. Enfin, le dernier sous problème concerne le développement d'un second outil développé pour modéliser et estimer les trajectoires générées. La partie de création d'un cadre de modélisation cherche à concevoir des structures globales qui permettent la catégorisation des opérations unitaires sous plusieurs niveaux. Trois niveaux de décomposition ont été identifiés. La Configuration générique de plus haut niveau, qui décrit la trajectoire sous de grandes étapes de modélisation. Le second niveau, Traitement générique propose des ensembles de structures génériques de traitement qui apparaissent régulièrement dans les trajectoires de valorisation. Enfin, le plus bas niveau se focalise sur la modélisation des opérations unitaires. Un second cadre a été créé, plus conceptuel et comportant deux éléments : les blocs et les systèmes. Ces cadres sont ensuite accompagnés par un ensemble d'indicateurs choisis à cet effet. Dans une volonté d'approche de développement durable, un indicateur est sélectionné pour chacune de des composantes : économique, environnemental et social. Dans notre étude, l'impact social se limite à l'estimation du nombre d'emplois créés. Afin de calculer cet indicateur, une nouvelle approche se basant sur les résultats économiques d'une entreprise a été proposée et validée.L'outil de génération de nouvelles trajectoires s'appuie sur l'utilisation de la connaissance en utilisant un système de raisonnement à partir de cas (RàPC). Pour être adapté à notre problématique, la mise en œuvre de ce dernier a impliqué la levée de plusieurs points délicats. Tout d'abord, la structuration des données et plus largement la génération de cas sources sont réalisées par un système basé sur des réseaux sémantiques et l'utilisation de mécanismes d'inférences. Le développement d'une nouvelle méthode de mesure de similarité est réalisé en introduisant la notion de définition commune qui permet de lier les états, qui sont des descriptions de situations, à des états représentant des définitions générales d'un ensemble d'états. Ces définitions communes permettent la création d'ensembles d'états sous différents niveaux d'abstraction et de conceptualisation. Enfin, un processus de décompositions des trajectoires est réalisé afin de résoudre un problème grâce à la résolution de ses sous-problèmes associés. Cette décomposition facilite l'adaptation des trajectoires et l'estimation des résultats des transformations. Basé sur cette méthode, un outil a été développé en programmation logique, sous Prolog. La modélisation et l'évaluation des voies de valorisation se fait grâce à la création d'outil spécifique. Cet outil utilise la méta-programmation permettant la réalisation dynamique de modèle de structure. Le comportement de ces structures est régi par la définition de contraintes sur les différents flux circulants dans l'ensemble de la trajectoire. Lors de la modélisation de la trajectoire, ces contraintes sont converties par un parser permettant la réalisation d'un modèle de programmation par contraintes cohérent. Ce dernier peut ensuite être résolu grâce à des solveurs via une interface développée et intégrée au système. De même, plusieurs greffons ont été réalisés pour analyser et évaluer les trajectoires à l'aide des critères retenus.

  • Titre traduit

    Tools of elaboration of strategy of waste recycling based on knowledge management : application on process engineering


  • Résumé

    In this work, a study is realised about the creation of a new methodology allowing the generation and the assessment of new waste recovery processes. Three elements are proposed for that. The first one is the creation of a modelling framework permitting a structured and homogeneous representation of each recovery process and the criteria used to asses them. The second one is a system and a tool generating new recovery processes from others known. Finally, the last element is another tool to model, to estimate and to asses the generated processes. The creation of a modelling framework tries to create some categories of elements allowing the structuring of unit operations under different levels of description. Three levels have been identified. In the higher level, the Generic operation which describes global structure of operations. The second one is Generic treatment which is an intermediate level between the two others. It proposes here too categories of operations but more detailed than the higher level. The last one is the Unit operation. A second framework has been created. It is more conceptual and it has two components : blocs and systems. These frameworks are used with a set of selected indicators. In a desire of integrating our work in a sustainable development approach, an indicator has been chosen for each of its components: economical, environmental and social. In our study, the social impact is limited to the number of created jobs. To estimate this indicator, we proposed a new method based on economical values of a company. The tool for the generation of new waste recovery processes used the methodology of case-based reasoning CBR which is based on the knowledge management. Some difficult points are treated here to adapt the CBR to our problem. The structuring of knowledge and generally the source case generation is realised by a system based on connections between data and the use of inference mechanisms. The development of a new method for the similarity measure is designed with the introduction of common definition concept which allows linking states, simply put description of objects, to other states under different levels of conceptualizations and abstractions. This point permits creating many levels of description. Finally, recovery process is decomposed from a main problem to some sub-problems. This decomposition is a part of the adaptation mechanism of the selected source case. The realisation of this system is under logic programming with Prolog. This last one permits the use of rules allowing inferences and the backtracking system allowing the exploration to the different possible solution. The modelling and assessment of recovery processes are done by a tool programmed in Python. It uses the meta-programming to dynamically create model of operations or systems. Constraint rules define the behaviour of these models allowing controlling the flux circulating in each one. In the evaluation step, a parser is used to convert theses rules into a homogeneous system of constraint programming. This system can be solved by the use of solvers with an interface developed for that and added to the tool. Therefore, it is possible for the user to add solvers but also to add plug-ins. This plug-ins can make the assessment of the activity allowing to have different kinds of evaluation for the same criteria. Three plug-ins are developed, one for each selected criterion. These two methods are tested to permit the evaluation of the proposed model and to check the behaviour of them and their limits . For these tests, a case-base on waste has been created Finally, for the modelling and assessment tool, a study case about the recovery process of used tyres in new raw material is done.


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