Sujet de Thèse
Titre :
Caractérisation de l'état de santé de produits-déchets pour le management du processus de régénération de déchets
Dates :
2020/10/05 - 2024/08/31
Etudiant :
Encadrant(s) :
Description :
Ces dernières années, les entreprises cherchent à se mettre en conformité avec les exigences de développement durable en contribuant à une économie circulaire. Les objectifs de l'économie circulaire sont d'une part de produire des biens et service tout en limitant la consommation des matières premières, et des sources d'énergies et d'autre part de refermer le cycle de vie des produits, des déchets pour être réutilisés. S'inscrivant dans ce contexte, la stratégie de l'écologie industrielle part du principe que la durabilité est due à la cyclicité des écosystèmes.
Le contexte associé à l'industrie du futur est un contexte où la demande du client se caractérise par un fort besoin de personnalisation des produits dans des délais très courts : on parle de personnalisation de masse. Ainsi, la durée de vie utile des produits tend à diminuer notamment par les effets de mode. La personnalisation de masse devient également une opportunité pour fournir à des clients finaux éco-responsables des produits regénérés à la place de produits neufs. Ainsi, pour valoriser les produits en fin de vie, il est important de proposer des solutions plus performantes que la simple valorisation matière. D'autres chaînes de valorisation des produits en fin de vie ou obsolètes, peuvent être envisagées grâce à une industrialisation du processus de régénération, tel qu'on peut le voir émerger dans les domaines de la téléphonie mobile ou de l'automobile.
La régénération est définie comme un ensemble d'actions, naturelles ou techniques, permettant de redonner un état de santé jugé acceptable (au produit régénér. Nous avons mené des premiers travaux fondateurs dans le cadre de la thèse de L. Diez qui a formalisé les activités de régénération.
Afin que la régénération soit la plus performante, il est nécessaire de créer un écosystème entre les trois parties prenantes : fournisseurs de produits-déchets, régénérateurs et consommateurs de produits-régénérés. Les régénérateurs effectuent des actions de décomposition puis de composition en fonction de l'état de santé de produits-déchets et des besoins des consommateurs. L'état de santé pourra être reconstruit à partir d'informations provenant des fournisseurs, ou du diagnostic effectué sur le produit-déchet à son arrivée chez le régénérateur. Les technologies (IoT, PLM, ...) de l'industrie du futur nous offre la possibilité de récupérer de l'information sur toutes les phases de vie d'un produit.
Nous cherchons à aider les régénérateurs/producteurs à définir le processus de régénération et plus spécifiquement les alternatives possibles de regénération à mettre en place en fonction de l'état de santé des produits-déchets. Pour cela plusieurs questions se posent : Quelles sont les informations utiles à récupérer sur les différentes phases de vie du produit à régénérer ? Comment établir l'état de santé du produit à partir de l'état de santé des sous-ensembles ou des composants ? comment projeter l'état de santé des sous-ensembles à partir de l'état de santé du produit-déchets et des étapes du processus de régénération ? Comment déterminer les différentes alternatives de régénération selon l'état de santé des produits-déchets ? Comment évaluer l'impact d'une alternative sur les flux de production / regénération ?
Afin de répondre aux questions, les travaux porteront sur :
Identifier et quantifier/qualifier l'état de santé des produits déchets : La définition d'une solution de régénération va s'appuyer sur l'état de santé de produits-déchets. Il s'agit de définir les éléments de l'état de santé de produits-déchets, composés de différents sous-ensembles et composants, ayant chacun un état de santé propre. Pour répondre à ce point, il sera nécessaire de déterminer les critères spécifiant l'état de santé, les interactions existantes entre eux, ce qui pourra se faire par des opérateurs d'aggrégation multi-critère par exemple. Les travaux du projet SdF-PHM2 sur l'état de santé de moyens de production et les opérateurs d'aggrégation seront exploités et adaptés à la problématique. Il s'agit également de définir les informations utiles à la regénération à récolter et conserver sur le produit durant les phases d'utilisation (durée et type d'utilisation, chocs, ...)
Modéliser l'impact sur l'état de santé des transformations subies par le produit-déchet lors de la régénération afin de choisir une solution de régénération. Il est nécessaire de modéliser l'impact du choix du niveau de décomposition d'un produit en sous-produits, ... sur les possibilités de recomposition à partir de composants, sous-ensembles, regénérés ou neufs. Cette modélisation devra présenter (i) les hypothèses sur l'état de santé des sous-ensembles, (ii) les interactions entre les modèles. Pour répondre à cette objectif, l'outil choisi devra permettre de représenter (i) l'état du produit-déchet durant sa régénération, (ii) les projections de l'état de santé sur les sous-ensembles et la probabilité de réussite de passer à l'état suivant de la régénération. Les automates stochastiques sont des outils pertinents pour effectuer cette modélisation.
Identifier et caractériser les propriétés des actions de régénération : La régénération se compose de plusieurs actions : plusieurs diagnostics à différents niveaux, des actions de décomposition de produits-déchets et de recomposition en produits régénérés. Il est nécessaire de caractériser chacune de ces actions, de déterminer les critères permettant de les associer et séquencer (graphe de regénération), et de définir des mesures pour une décision multi-critères, par critère unique ou par méthode de sur-classement qui permettront de comparer différentes alternatives de regénération et de les ordonner selon leur pertinence technique ou économique. Pour évaluer les différentes alternatives de modélisation, on peut également envisager d'utiliser la vérification formelle stochastique qui permettra par exemple de calculer la probabilité d'atteindre les besoins demandés par un client en appliquant une alternative donnée, ou de déterminer l'alternative de régénération ayant la meilleure probabilité de ramener un produit déchet dans un état de santé souhaité.
Cette thèse s'intègre dans la réflexion actuelle de réalisation d'une plateforme de démonstration de la faisabilité de la regénération PROGRESS 4.0, que nous souhaitons mettre en place à l'AIPL.
Le contexte associé à l'industrie du futur est un contexte où la demande du client se caractérise par un fort besoin de personnalisation des produits dans des délais très courts : on parle de personnalisation de masse. Ainsi, la durée de vie utile des produits tend à diminuer notamment par les effets de mode. La personnalisation de masse devient également une opportunité pour fournir à des clients finaux éco-responsables des produits regénérés à la place de produits neufs. Ainsi, pour valoriser les produits en fin de vie, il est important de proposer des solutions plus performantes que la simple valorisation matière. D'autres chaînes de valorisation des produits en fin de vie ou obsolètes, peuvent être envisagées grâce à une industrialisation du processus de régénération, tel qu'on peut le voir émerger dans les domaines de la téléphonie mobile ou de l'automobile.
La régénération est définie comme un ensemble d'actions, naturelles ou techniques, permettant de redonner un état de santé jugé acceptable (au produit régénér. Nous avons mené des premiers travaux fondateurs dans le cadre de la thèse de L. Diez qui a formalisé les activités de régénération.
Afin que la régénération soit la plus performante, il est nécessaire de créer un écosystème entre les trois parties prenantes : fournisseurs de produits-déchets, régénérateurs et consommateurs de produits-régénérés. Les régénérateurs effectuent des actions de décomposition puis de composition en fonction de l'état de santé de produits-déchets et des besoins des consommateurs. L'état de santé pourra être reconstruit à partir d'informations provenant des fournisseurs, ou du diagnostic effectué sur le produit-déchet à son arrivée chez le régénérateur. Les technologies (IoT, PLM, ...) de l'industrie du futur nous offre la possibilité de récupérer de l'information sur toutes les phases de vie d'un produit.
Nous cherchons à aider les régénérateurs/producteurs à définir le processus de régénération et plus spécifiquement les alternatives possibles de regénération à mettre en place en fonction de l'état de santé des produits-déchets. Pour cela plusieurs questions se posent : Quelles sont les informations utiles à récupérer sur les différentes phases de vie du produit à régénérer ? Comment établir l'état de santé du produit à partir de l'état de santé des sous-ensembles ou des composants ? comment projeter l'état de santé des sous-ensembles à partir de l'état de santé du produit-déchets et des étapes du processus de régénération ? Comment déterminer les différentes alternatives de régénération selon l'état de santé des produits-déchets ? Comment évaluer l'impact d'une alternative sur les flux de production / regénération ?
Afin de répondre aux questions, les travaux porteront sur :
Identifier et quantifier/qualifier l'état de santé des produits déchets : La définition d'une solution de régénération va s'appuyer sur l'état de santé de produits-déchets. Il s'agit de définir les éléments de l'état de santé de produits-déchets, composés de différents sous-ensembles et composants, ayant chacun un état de santé propre. Pour répondre à ce point, il sera nécessaire de déterminer les critères spécifiant l'état de santé, les interactions existantes entre eux, ce qui pourra se faire par des opérateurs d'aggrégation multi-critère par exemple. Les travaux du projet SdF-PHM2 sur l'état de santé de moyens de production et les opérateurs d'aggrégation seront exploités et adaptés à la problématique. Il s'agit également de définir les informations utiles à la regénération à récolter et conserver sur le produit durant les phases d'utilisation (durée et type d'utilisation, chocs, ...)
Modéliser l'impact sur l'état de santé des transformations subies par le produit-déchet lors de la régénération afin de choisir une solution de régénération. Il est nécessaire de modéliser l'impact du choix du niveau de décomposition d'un produit en sous-produits, ... sur les possibilités de recomposition à partir de composants, sous-ensembles, regénérés ou neufs. Cette modélisation devra présenter (i) les hypothèses sur l'état de santé des sous-ensembles, (ii) les interactions entre les modèles. Pour répondre à cette objectif, l'outil choisi devra permettre de représenter (i) l'état du produit-déchet durant sa régénération, (ii) les projections de l'état de santé sur les sous-ensembles et la probabilité de réussite de passer à l'état suivant de la régénération. Les automates stochastiques sont des outils pertinents pour effectuer cette modélisation.
Identifier et caractériser les propriétés des actions de régénération : La régénération se compose de plusieurs actions : plusieurs diagnostics à différents niveaux, des actions de décomposition de produits-déchets et de recomposition en produits régénérés. Il est nécessaire de caractériser chacune de ces actions, de déterminer les critères permettant de les associer et séquencer (graphe de regénération), et de définir des mesures pour une décision multi-critères, par critère unique ou par méthode de sur-classement qui permettront de comparer différentes alternatives de regénération et de les ordonner selon leur pertinence technique ou économique. Pour évaluer les différentes alternatives de modélisation, on peut également envisager d'utiliser la vérification formelle stochastique qui permettra par exemple de calculer la probabilité d'atteindre les besoins demandés par un client en appliquant une alternative donnée, ou de déterminer l'alternative de régénération ayant la meilleure probabilité de ramener un produit déchet dans un état de santé souhaité.
Cette thèse s'intègre dans la réflexion actuelle de réalisation d'une plateforme de démonstration de la faisabilité de la regénération PROGRESS 4.0, que nous souhaitons mettre en place à l'AIPL.
Mots clés :
Économie circulaire, régénération industrielle, état de santé, modélisation, évaluation, diagnostic
Département(s) :
| Modélisation Pilotage des Systèmes Industriels |
Publications :
