Réduire les déchets industriels : Une approche par l'ordonnancement

Integrating waste minimization concerns in operations scheduling

• Auteur / Autrice : Corentin Le Hesran
• Direction : Valérie Botta-Genoulaz, Valérie Laforest
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie industriel
• Date : Soutenance le 28/11/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : DISP - Décision et Information pour les Systèmes de Production (Lyon, INSA) - Décision et Information pour les Systèmes de Production / DISP
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Perry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Botta-Genoulaz, Valérie Laforest, Nicolas Perry, Pierre Baptiste, Bernard Grabot, Anne-Laure Ladier, Damien Trentesaux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Baptiste, Bernard Grabot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déchets -- Réduction

Déchets industriels

Ordonnancement (gestion)

Génie industriel

Procédés de fabrication

Production

Mots clés libres

Déchet industriel

Ordonnancement

Réduction des déchets

Gestion des dechets

Stockage

Prévention des déchets

Programmation linéaire

Analyse environnementale

Gestion des flux

Développement durable

Industrial waste

Scheduling

Waste reduction

Waste management

Storage

Waste prevention

Linear programming

Environmental analysis

Flow management

Sustainable development

Résumé

Confronté à des enjeux économiques et environnementaux croissants, le monde industriel doit s’adapter afin de répondre aux problématiques actuelles. La production industrielle est responsable de 83% de la production mondiale de déchets solides et de 40% de la consommation d’énergie, et l’ordonnancement s’avère être un levier prometteur pour agir sur ces enjeux. L’état de l’art réalisé montre que les travaux de recherche traitent en majorité des enjeux énergétiques. Cette thèse propose de s’intéresser à la problématique suivante : Comment intégrer la réduction des déchets dans l’ordonnancement des opérations ? L’état de l’art sur le sujet faisant émerger une terminologie disparate, une classification est proposée pour unifier ce champ de recherche hétérogène. Pour répondre à la problématique, nous proposons une méthodologie combinant le suivi des flux de matière avec les paramètres d’ordonnancement pour permettre l’identification des opportunités de réduction de la génération de déchets par l’ordonnancement, et la caractérisation du problème d’ordonnancement correspondant. Une étude de cas valide la méthodologie et l’intérêt des résultats obtenus. En se basant sur ces résultats, un problème d’ordonnancement bi-objectif machine-unique avec réentrance dans un contexte de fabrication à la commande est modélisé en programmation linéaire. Deux méthodes de résolution ‒ exacte et métaheuristique ‒ sont comparées et démontrent le potentiel de l’ordonnancement pour la réduction de la génération de déchets industriels. Cette résolution fournit aux preneurs de décision des solutions alternatives adaptées, et permet une réduction des déchets significative en contrepartie d’une augmentation de stock limitée. Ces travaux se concentrant sur les déchets ouvrent la voie à d’autres enjeux environnementaux comme l’intégration des enjeux énergétiques et d’émissions atmosphériques, et à la considération du critère social afin d’englober les trois piliers du développement durable.

Faced with growing environmental and economic concerns, the industrial world needs to adapt in order to tackle these issues. Industrial production is responsible for 83% of the global solid waste production and 40% of worldwide energy consumption. Operations scheduling appears to be a promising tool to address both the environmental and economic aspects of this problem. A literature review shows that numerous studies have been focusing on reducing energy consumption. This dissertation focuses on a relatively nascent field, namely the topic of waste generation minimization through operations scheduling. The motivating research question can be formulated as: How to integrate waste minimization into operations scheduling? A state-of-the-art on the subject shows a heterogeneous field with a disparate terminology, and a classification scheme is proposed to help unify research on this topic. To answer the research question, a methodology combining flow assessment tools and scheduling parameters is proposed, which enables the identification of waste-minimizing scheduling opportunities in a production system and the characterization of the corresponding scheduling problem. A case study is carried out and validates the applicability of this methodology and the interest of the results it provides. Based on those results, a single-machine waste-minimizing scheduling problem with reentrance in a make-to-order context is modeled using linear programming. Two solving approaches – one exact and one metaheuristic – are compared, and highlight the potential of operations scheduling to reduce industrial waste. Alternative solutions provide relevant trade-offs to decision-makers, offering significant waste reduction in return for a limited increase in inventory. As this methodology focuses on waste, it paves the way for the integration of new environmental aspects such as energy consumption and atmospheric emissions, as well as the social criteria in order to fully encompass the triple bottom line of sustainable development.