Sujet de Thèse
Titre :
Co-Ingénierie système de régénération et produit tout au long du cycle de vie du produit
Dates :
2023/09/18 - 2026/09/17
Etudiant :
Encadrant(s) :
Autre(s) encadrant(s) :
Pr Peggy Zwolinski (Peggy.Zwolinski@grenoble-inp.fr)
Description :
Les industries manufacturières européennes doivent faire face, ces dernières années, pour fabriquer leurs produits à destination des clients à plusieurs
problèmes liés à l'approvisionnement en matières premières, relevant d'une part de causes environnementales et d'autre part de causes géopolitiques. Pour
les problématiques environnementales, de nombreuses études socio-économiques montrent que les ressources naturelles s'épuisent et que nos modes de
consommation produisent de grandes quantités de déchets qui détériorent notre environnement et induisent le changement climatique [3][11][12]. D'un
point de vue sociétal, les changements de comportement sur les modes de consommation et d'usage devraient être drastiques pour avoir des effets rapides et
positifs sur l'environnement et donc ils ne peuvent pas être le seul levier d'action. Pour les aspects géopolitiques, la crise sanitaire liée au Covid, et
les conflits en cours montrent que l'Europe a mondialisé une trop grande partie de ses approvisionnements en matières premières, ce qui la rend vulnérable
en période de crise. Pour répondre à cela, les gouvernements au niveau national et européen mettent en place des lois pour inciter les entreprises à mettre en
place des processus de revalorisation de leurs produits déjà vendus. Ainsi, Décathlon doit mettre en place des dispositifs pour répondre à la
loi AGEC de février 2020 permettant la régénération des équipements sportifs en fin d'utilisation.
Une piste d'action sur le long terme, face à ce challenge de revalorisation, est la mise en oeuvre de l'économie circulaire qui se focalise sur la manière de
produire, d'utiliser et de mieux revaloriser les produits à la fin de vie, afin de consommer moins d'énergie et moins de matières premières, et réduire ainsi
leur impact environnemental tout aulong de leur cycle de vie [6]. Cela impose de concevoir conjointement un produit et l'écosystème industriel et
informationnel pour rendre ce produit plus robuste, capable de durer plus longtemps, d'être maintenu et d'envisager plusieurs cycles d'usages [4][8][9].
Dans ce contexte, les trois laboratoires : CRAN, IMS et G-SCOP ont mis en place le projet ANR RegEcoS qui vise à apporter des réponses à ce challenge
sociétal mais également scientifique en développant des méthodes, modèles et outils adaptés à l'industrialisation de la régénération des produits en fin
d'utilisation. Toutes les possibilités (reuse, remanufacturing, recycling, ...) permettant de revaloriser un produit après son utilisation et ainsi repousser sa fin
de vie, sont regroupées sous le terme de régénération [7]. La régénération impose une vision globale et intégrée de la revalorisation (en opposition à une
vision classique très segmentée et locale), transversale au cycle de vie du produit, puisqu'elle peut être envisagée plusieurs fois dans la vie d'un même
produit et de tout ou partie de ses sous-ensembles, composants. La régénération ne peut être abordée comme un processus de production classique, du fait
de la spécificité du flux de produits traités (déchets, flux non constants en quantité et qualité), des informations disponibles pour prendre la décision (natures
hétérogènes, incomplètes, incertaines, ...) et de l'effet escompté de la régénération, dépendant de l'état de santé du produit à la fin de son utilisation et de la
demande du marché. De plus, pour envisager plusieurs phases de régénération dans la vie d'un produit, celui-ci doit présenter des aptitudes à la régénération
et doit être conçu pour la régénération (Design for Regeneration). D'autre part, le processus de régénération qui interviendra, plus tard et à plusieurs reprises
dans la vie d'un produit, doit être adapté, dimensionné selon les spécificités du produit et des besoins du marché.
Pour répondre à ces problématiques, trois verrous scientifiques majeurs ont été isolés par le projet RegEcoS : (Verrou 1) Nécessité d'intégrer tous les
paramètres de l'écosystème des produits dès leur conception conjointement au processus de régénération, pour favoriser la mise en oeuvre des meilleures
alternatives de régénération possibles tout au long de la vie du produit [10][5], (Verrou 2) Manque d'une approche d'aide à la décision de la stratégie de
régénération basée sur des sources d'informations hétérogènes, incomplètes et incertaines, provenant de phases de vie différentes et de différents processus
[1][5][6][14], (Verrou 3) Nécessité de remonter, capitaliser de l'information sur l'ensemble des phases de vie d'un produit et en particulier son utilisation
(conditions opérationnelles, contraintes, etc.) pour pouvoir anticiper ses usages ultérieurs [10]. Face à ces verrous, le projet RegEcoS a pour objectif de
proposer une méthodologie pour la conception intégrée d'un produit et de son écosystème de régénération. L'écosystème de régénération regroupe les
supports au suivi de l'usage d'un produit durant son utilisation (système d'information, jumeau numérique [13]...), et les méthodes pour aider à la décision
de régénération, en vue de prolonger la durée de vie du produit.
Ce sujet de thèse porte sur les verrous 1 et 2, c'est-à-dire la spécification du système de régénération et du système d'aide à la décision de la meilleure
stratégie de régénération en fonction de différents paramètres sur le produit, sur le process de régénération [1][6][14], mais également sur des informations
provenant de la demande en produits régénérés. L'ingénierie de ces deux systèmes sera faite conjointement à l'ingénierie du produit lors de sa conception.
Durant la vie du produit et à la suite de ces différentes régénérations, il sera nécessaire de repenser l'ingénierie des systèmes de régénération et d'aide à la
décision en fonction de l'évolution de la demande du marché, de l'usage du produit. Cette possible rétro-ingénierie devra être prise en compte dans la
méthode proposée pour concevoir le système de régénération.
problèmes liés à l'approvisionnement en matières premières, relevant d'une part de causes environnementales et d'autre part de causes géopolitiques. Pour
les problématiques environnementales, de nombreuses études socio-économiques montrent que les ressources naturelles s'épuisent et que nos modes de
consommation produisent de grandes quantités de déchets qui détériorent notre environnement et induisent le changement climatique [3][11][12]. D'un
point de vue sociétal, les changements de comportement sur les modes de consommation et d'usage devraient être drastiques pour avoir des effets rapides et
positifs sur l'environnement et donc ils ne peuvent pas être le seul levier d'action. Pour les aspects géopolitiques, la crise sanitaire liée au Covid, et
les conflits en cours montrent que l'Europe a mondialisé une trop grande partie de ses approvisionnements en matières premières, ce qui la rend vulnérable
en période de crise. Pour répondre à cela, les gouvernements au niveau national et européen mettent en place des lois pour inciter les entreprises à mettre en
place des processus de revalorisation de leurs produits déjà vendus. Ainsi, Décathlon doit mettre en place des dispositifs pour répondre à la
loi AGEC de février 2020 permettant la régénération des équipements sportifs en fin d'utilisation.
Une piste d'action sur le long terme, face à ce challenge de revalorisation, est la mise en oeuvre de l'économie circulaire qui se focalise sur la manière de
produire, d'utiliser et de mieux revaloriser les produits à la fin de vie, afin de consommer moins d'énergie et moins de matières premières, et réduire ainsi
leur impact environnemental tout aulong de leur cycle de vie [6]. Cela impose de concevoir conjointement un produit et l'écosystème industriel et
informationnel pour rendre ce produit plus robuste, capable de durer plus longtemps, d'être maintenu et d'envisager plusieurs cycles d'usages [4][8][9].
Dans ce contexte, les trois laboratoires : CRAN, IMS et G-SCOP ont mis en place le projet ANR RegEcoS qui vise à apporter des réponses à ce challenge
sociétal mais également scientifique en développant des méthodes, modèles et outils adaptés à l'industrialisation de la régénération des produits en fin
d'utilisation. Toutes les possibilités (reuse, remanufacturing, recycling, ...) permettant de revaloriser un produit après son utilisation et ainsi repousser sa fin
de vie, sont regroupées sous le terme de régénération [7]. La régénération impose une vision globale et intégrée de la revalorisation (en opposition à une
vision classique très segmentée et locale), transversale au cycle de vie du produit, puisqu'elle peut être envisagée plusieurs fois dans la vie d'un même
produit et de tout ou partie de ses sous-ensembles, composants. La régénération ne peut être abordée comme un processus de production classique, du fait
de la spécificité du flux de produits traités (déchets, flux non constants en quantité et qualité), des informations disponibles pour prendre la décision (natures
hétérogènes, incomplètes, incertaines, ...) et de l'effet escompté de la régénération, dépendant de l'état de santé du produit à la fin de son utilisation et de la
demande du marché. De plus, pour envisager plusieurs phases de régénération dans la vie d'un produit, celui-ci doit présenter des aptitudes à la régénération
et doit être conçu pour la régénération (Design for Regeneration). D'autre part, le processus de régénération qui interviendra, plus tard et à plusieurs reprises
dans la vie d'un produit, doit être adapté, dimensionné selon les spécificités du produit et des besoins du marché.
Pour répondre à ces problématiques, trois verrous scientifiques majeurs ont été isolés par le projet RegEcoS : (Verrou 1) Nécessité d'intégrer tous les
paramètres de l'écosystème des produits dès leur conception conjointement au processus de régénération, pour favoriser la mise en oeuvre des meilleures
alternatives de régénération possibles tout au long de la vie du produit [10][5], (Verrou 2) Manque d'une approche d'aide à la décision de la stratégie de
régénération basée sur des sources d'informations hétérogènes, incomplètes et incertaines, provenant de phases de vie différentes et de différents processus
[1][5][6][14], (Verrou 3) Nécessité de remonter, capitaliser de l'information sur l'ensemble des phases de vie d'un produit et en particulier son utilisation
(conditions opérationnelles, contraintes, etc.) pour pouvoir anticiper ses usages ultérieurs [10]. Face à ces verrous, le projet RegEcoS a pour objectif de
proposer une méthodologie pour la conception intégrée d'un produit et de son écosystème de régénération. L'écosystème de régénération regroupe les
supports au suivi de l'usage d'un produit durant son utilisation (système d'information, jumeau numérique [13]...), et les méthodes pour aider à la décision
de régénération, en vue de prolonger la durée de vie du produit.
Ce sujet de thèse porte sur les verrous 1 et 2, c'est-à-dire la spécification du système de régénération et du système d'aide à la décision de la meilleure
stratégie de régénération en fonction de différents paramètres sur le produit, sur le process de régénération [1][6][14], mais également sur des informations
provenant de la demande en produits régénérés. L'ingénierie de ces deux systèmes sera faite conjointement à l'ingénierie du produit lors de sa conception.
Durant la vie du produit et à la suite de ces différentes régénérations, il sera nécessaire de repenser l'ingénierie des systèmes de régénération et d'aide à la
décision en fonction de l'évolution de la demande du marché, de l'usage du produit. Cette possible rétro-ingénierie devra être prise en compte dans la
méthode proposée pour concevoir le système de régénération.
Mots clés :
Génie industriel, modélisation, co-ingénierie système, produit, process, développement durable
Département(s) :
| Modélisation Pilotage des Systèmes Industriels |
