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A continuous improvement approach to enhance the product environmental performance

par Xi Yu

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Abdelaziz Bouras.

Thèses en préparation à Lyon 2 , dans le cadre de École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon depuis le 28-08-2012 .

  • Titre traduit

    Une approche d'amélioration continue pour améliorer la performance environnementale du produit


  • Résumé

    Au cours de ces dernières décennies, les impacts environnementaux des produits sont à l’origine de problèmes sociétaux cruciaux et mènent progressivement à une prise de conscience écologique collective. Pour limiter voir supprimer ces impacts, des obligations et directives au départ conseillées, deviennent imposées aux entreprises (par exemple, la directive DEEE pour « Déchets d'Équipements Électriques et Électronique », la directive VHU pour « Véhicule Hors Usage » ou encore la directive RoHS pour l’« enRegistrement, l’Evaluation et l’Autorisation des substances Chimiques » pour n'en citez que quelques unes).Pour répondre à ces exigences réglementaires, des méthodes sont développées pour l’évaluation de la performance environnementale du produit en vue de son amélioration : L’analyse de cycle de vie (ACV), l’évaluation environnementale stratégique (EES), l’évaluation des risques environnementaux (ERA) ou encore l’analyse des flux de matériaux (AFM). Mais néanmoins, le recours à ces méthodes reste fastidieux en termes de temps et de coût. L’analyse de cycle de vie de produit (ACV), est la plus utilisée de par son caractère normatif. Néanmoins, la phase de collecte de données et l’aspect itératif de son déploiement rend la méthode complexe et amplifie les réticences. Au-delà de ces contraintes, les résultats de l’ACV restent difficiles à interpréter. Des effets de transferts sont observés lors de la mise en place d’activités qui visent à améliorer le profil environnemental du produit, lors d'une phase spécifique du cycle de vie, mais qui peuvent avec des conséquences négatives sur l'ensemble des autres phases. Cette thèse propose une méthode de réévaluation de l’impact environnemental basée sur un modèle à base de graphes, permettant la prise en compte de ces phénomènes de transfert d'impact. Ce modèle permet de simuler les conséquences d'une activité, orchestrée lors d'une phase du cycle de vie d'un produit, sur la variation des matériaux et de l'énergie sur l’ensemble de son cycle de vie. Basée sur les résultats de cette phase de simulation, un coefficient d'émission environnemental est introduit dans le modèle mathématique pour convertir la quantité massique matériaux-énergie en impact environnemental correspondant. Ce modèle de réévaluation, permet une évaluation itérative du profil environnemental plus rapide. A coté de ce modèle, les outils fournis par la théorie du choix social sont utilisés pour appuyer la prise décision et orienter le choix des activités d'amélioration du profil environnemental vers celles qui sont les plus applicables en pratique, c'est-à-dire les plus «socialement » acceptable. Basée sur les résultats de réévaluation, une approche d'analyse de sensibilité est également proposée dans cette thèse. Cette approche se concentre sur les relations entre les impacts environnementaux et les paramètres de conception de produits. Elle intègre au modèle de calcul de l’ACV, un modèle paramétrique pour aider les concepteurs à identifier aisément les paramètres de conception qui impactent fortement le profil environnemental du produit en vue de son amélioration.


  • Résumé

    In this thesis, Environmental issues are considered as all harmful aspects of human activity on the biophysical environment. An increasing number of severe environmental issues () emerged in the last few decades leading Society to become more environmentally conscious. People are more concerned about the products' environmental impacts and thus sales of environmentally friendly products have increased. In practice, the conventional life cycle assessment (LCA) is widely used by enterprises to reduce their product's environmental impacts. It is a time-consuming method for enterprises, especially when the environmental burden shifting phenomenon is considered. In order to assess environmental impacts of different designs of products, the environmental emission data of each life cycle phase is required: so, when altering or improving a product, enterprises must recollect all materials-related data (existing product and waste produced). This limitation makes difficult for enterprises to quickly and accurately assess the environmental effects of their new product design. Unfortunately, even with the complex process involved, the LCA results do not completely reveal how to improve a product. The results can only help enterprises find out which materials or energy may bring serious environmental impacts, but they cannot help designers find out environmental friendly improvements or solution through design parameter modification easily. This thesis proposes a re-evaluation graph-based model to simulate the materials/energy variation in each life cycle phase after an environmentally friendly activity is taken. On the basis of the simulation results, the environmental emission coefficient is induced to convert the mass of materials/energy into the corresponding environmental emissions. This re-evaluation model can help enterprises assess the environmental impacts of their products more quickly. A sensitivity analysis approach is also proposed in this thesis. This approach focuses on the relations between environmental impacts and product design parameters. It is based on the LCA computation model with a parametric model to help designers choose proper design parameters to enhance the product's environmental performance easily and quickly. Since the compliance to environmental friendly requirements is endless, enterprises need to improve the existing products' environmental performance as much as they can. To achieve this objective, they can firstly use the re-evaluation model to assess the environmental impacts of an improved design. On the basis of the result, enterprises know the environmental effect of the improved design. Simultaneously, in order to estimate the applicability of the improved design, the re-evaluation model provides a decision making approach to help enterprise evaluate whether the design is applicable or not, i.e., if the effort sharing is distributed in an acceptable way for all companies involved in this product life cycle. In order to occupy more market, the product's environmental performance needs continuous improvement. Enterprises can use the sensitivity analysis approach to find out which design parameter can improve more in product's environmental performance. After finding out a new improved design, they can use the re-evaluation model again to check the effect of this new design. Thanks to the successive use of both methods, the product's environmental performance can be enhanced continuously. In conclusion, the thesis focuses on continuous enhancing the product environmental performance. In order to achieve this objective, several main contributions are proposed, which include: a graph-based model considering the environmental burden shifting; A decision making model considering environmental impacts and fairness of each company; a sensitivity approach which can help designers to find out a new design to improve the product'’ environmental performance. More works will be done to overcome the limitations of the proposed models in future work, the remaining issues related to special tools devel