Durabilité et notion de développement durable

De nos jours, on assiste à une explosion démographique très importante. Cela n’est pas sans conséquence pour notre planète. Les sociétés qui peuplent la Terre jouissent de la vie sans se soucier de l’état de l’environnement : consommer toujours plus, c’est piller toujours plus les ressources naturelles que la planète a mis des millions d’années à créer (air, eau, océans, forêts, terres cultivables, biodiversité, pétrole), rejeter toujours plus de pollutions et de déchets dans l’environnement, qui commence à être saturé.

Durabilité et notion de développement durable

En 1987, la commission de BRUNTLAND a défini pour la première fois la notion du développement durable comme étant « un mode de développement répondant aux besoins actuels sans compromission des possibilités pour les générations futures à répondre à leurs propres besoins ». Cette notion de développement durable a mis en œuvre trois piliers pour introduire le développement durable qui sont : l’environnement, l’économie et le pilier social. Alors, la durabilité n’est qu’un équilibre entre ces trois composants.

Ainsi, certains travaux ont été développés pour la mise en place d’une démarche permettant la progression dans le projet de durabilité. En 1992, lors de la conférence de RIO, la communauté internationale a reconnu le DD comme étant un objectif à suivre à l’aide de la création de l’agenda 21 (UNCED 1992). Cette dernière tend à la mise en place d’un partenariat entre les différentes nations pour unifier les objectifs du DD en se référant à une gestion équilibrée : environnement /économie.

En 1997, le Protocole de Kyoto a décidé d’adapter des objectifs pour chaque pays dans le but de réduire les gaz à effet de serre. Ces derniers ont été fixés par les 182 pays participants : ??2, ?2?, ??4, PFC, ??6, HFC.

Suite à ce protocole, les participants ont été sensibilisés pour l’ajout de la dimension environnementale, mais les stratégies ont été encore non développées. C’est dans ce sens que l’organisation du sommet mondial sur le développement durable tenue par l’ONU a été intégrée (Johannesburg, août/septembre 2002). Suite à ce sommet, un plan de travail sur 10 ans a été proposé pour chercher le changement des modèles de consommation et de production non durable.

Toutes ces procédures ont été orientées par la suite à l’aide des statistiques et mesures permettant la prise de décision :
● Une étude menée par CITEPA en 2009 a montré qu’en France, le secteur manufacturier représente 22 % des émissions globales des gaz à effet de serre GES avec 13 % pour la transformation d’énergie .
● Des données statistiques montrent que l’industrie manufacturière des États-Unis consomme annuellement 21,1 quadrillions de Btu d’énergie (environ 21 % de la consommation totale d’énergie américaine) et génère plus de 1,4 milliard de tonnes d’émissions de ??2(environ 26 % du total des émissions de ??2 aux États-Unis).

En conclusion, la maîtrise des émissions environnementales du secteur de la production et l’industrie manufacturière représente l’un des axes d’amélioration et de développement de la notion de durabilité.

Changement climatique et enjeux environnementaux

La prise en conscience de l’écologie dépend de l’effet des émissions environnementales sur le changement global de la nature. Ces émissions peuvent avoir plusieurs aspects ainsi qu’origines possibles. On distingue deux formes possibles de menaces écologiques : les changements climatiques et les épuisements des ressources.

Effet de serre

L’effet de serre est un phénomène naturel nécessaire pour la vie sur terre. Naturellement présents dans l’atmosphère terrestre avec principalement de la vapeur d’eau (?2?), du dioxyde de carbone (??2) et du méthane (??4), les gaz à effet de serre (GES) retiennent une large part du rayonnement solaire et permettent ainsi le maintien sur Terre d’une température globale propice à la vie et au développement des espèces vivantes.

Avec le développement de l’industrie et la dépendance en énergie fossile (charbon, pétrole, gaz…), on constate une augmentation des concentrations de gaz à effet de serre qui peut amener à un risque de modifications climatiques majeures. La Terre se réchauffant, c’est l’ensemble de la biodiversité et des écosystèmes qui est menacé. Selon les scientifiques, un réchauffement de 1,8 °C à 2 °C entre 1990 et 2050 pourrait conduire à la suppression d’un quart des espèces vivantes.

Épuisement des ressources

Suite au développement des procédés ainsi que le rythme de vie quotidienne, la consommation des ressources a augmenté très rapidement dans les dernières années. Ce rythme mal étudié peut provoquer un épuisement des ressources de la planète dans un temps très proche. Suite à une étude présentée par « Sciences et vie 2008 », certaines richesses exploitables de notre planète sont actuellement à stocks limités et peuvent disparaître si on continue son exploitation de la même manière. Si aucun investissement n’est immédiatement lancé pour lutter contre les effets néfastes prévus à long terme, la compensation des dégâts occasionnés risque de couter beaucoup plus cher qu’un apport financier qui serait réalisé aujourd’hui. Donc, le réchauffement global ainsi que l’épuisement des ressources représentent une menace pour le secteur industriel. D’où le besoin de la maîtrise des émissions environnementales ainsi que la consommation des ressources pour éviter des dépenses économiques probables pour les différents domaines de production.

Ecoconception et Analyse du cycle de vie

La réduction des impacts environnementaux des produits le long de leur cycle de vie, tout en préservant la qualité d’usage du produit ou en l’améliorant est l’objectif principal de l’écoconception ou l’intégration de l’aspect écologique dans la phase de conception ou de développement du produit.

Eco-conception

Selon la norme ISO14062, l’éco-conception est définie comme étant l’« Intégration des aspects environnementaux dans la conception et le développement de produits ». La normalisation ainsi que les régulations environnementales ont été développées suite à certains travaux qui ont débuté depuis1987. (Holloway et al, 94) ont montré, à base des études développées par Jakobsen. K, que le développement d’un produit peut se baser sur le choix des matériaux, les procédés de fabrication avant même de préparer sa forme finale. C’est à ce niveau du cycle de vie d’un produit qu’on peut agir et intégrer l’aspect environnemental. Ainsi, la sensibilisation du point de vue environnemental a comme objectif de changer le champ de vision du manager : la prise en compte de l’environnement est un choix et non pas une contrainte.

L’approche de l’écoconception a été introduite en deux voies possibles (Bakkar. C, 95) :
1) Une première approche de l’écoconception est basée sur l’amélioration technologique des produits dans le but de prendre en compte les émissions environnementales durant le cycle de vie de ce produit. C’est la conception écologique.
2) Une deuxième approche qui tend à changer totalement le mode de vie industriel par le développement de nouveaux produits, nouveaux services permettant la mise en place de la durabilité ou développement durable.

Ces deux approches ont été définies par (Manzini. E, 91) comme « une activité de conception dont l’objectif est de lier ce qui est techniquement possible à ce qui est écologiquement nécessaire afin de préparer des solutions acceptables socialement et culturellement ».

Table des matières

Introduction Générale
Chapitre 1 : Etude Bibliographique
Introduction
1. Durabilité et notion de développement durable
2. Changement Climatique et enjeux environnemental
2.1. Effet de serre
2.2. Epuisement des ressources
3. Eco-conception et Analyse de cycle de vie
3.1. Eco-conception
3.2. Niveaux d’éco-conception
3.3. Réglementations et normalisation
3.3.1. La Politique Intégrée des Produits (PIP)
3.3.2. La directive RoHS
3.3.3. La directive EuP : Eco-conception des produits consommateurs d’énergies
3.3.4. Norme d’Eco-conception : NF E 01-005
3.4. Outils d’éco-conception
3.4.1. Outils d’évaluation environnementale
3.4.2. Outils d’amélioration environnementale
3.5. Analyse du cycle de vie (ACV)
3.5.1. Histoire d’ACV
3.5.2. Présentation de l’ACV
3.6. Méthodes d’évaluation des impacts environnementaux
3.7. Logiciels Pour ACV
3.7. Démarches d’intégration de l’Eco-conception
4. Eco-fabrication et fabrication durable
4.1. Modélisation de l’éco-fabrication à base des processus
4.2. Modélisation de l’éco-fabrication à base énergétique
4.3. Modélisation de l’éco-fabrication à base de la consommation des ressources
4.4. Notion de la fabrication à basse émission de carbone (LCM)
5. Les techniques et méthodes d’optimisation
5.1. Les méthodes déterministes
5.1.1. Les méthodes de gradient
5.1.2. La méthode de Newton
5.2. Les méthodes stochastiques
5.2.1. Les algorithmes génétiques
5.2.2. La méthode de recuit simulé
5.2.3. La méthode de Recherche Tabou
5.2.4. Optimisation par Colonie de Fourmis
5.2.5. Les essaims particulaires
Conclusion
Chapitre 2 : Approche Process pour la modélisation de l’éco-fabrication
Introduction
1. Cadre général de la modélisation de l’éco-fabrication
2. Aide à la décision multi critères
2.1. Définition
2.2. Les types des problématiques de décision
2.3. Méthodes d’aide à la décision multi critères
2.4. Procédure de choix d’une méthode d’aide à la décision
2.4.1. Caractérisation des inputs
2.4.2. Caractérisation des outputs
2.5. Aide à la décision pour l’éco-fabrication
2.5.1. Choix des impacts environnementaux à quantifier
2.5.2. Choix du scénario de fabrication
3. Approche process pour la modélisation de l’Eco-fabrication
3.1. Chaîne de production et unité fonctionnelle
3.2. Inventaire du cycle de vie
3.3. Choix des critères environnementaux
3.3.1. Principe
3.3.2. Méthodologie d’aide à la décision
3.4. Evaluation des impacts environnementaux
3.5. Aide à la décision multicritère
3.5.1. Mise en place de la méthode PROMETHE I
3.5.2. Problématique de pondération en éco-fabrication
4. Etude de cas : Production d’acide phosphorique
4.1. Chaîne de Production de l’acide Phosphorique
4.1.1. Préparation du soufre liquide
4.1.2. Préparation de l’acide sulfurique
4.1.3. Fabrication de l’acide phosphorique
4.2. Inventaire de flux entrés/sorties
4.3.1. Représentation en arborescence
4.4. Résultats de la modélisation à l’aide de la méthode CML
4.4.1. Caractérisation des impacts de la chaîne
4.4.2. Comparaison des émissions : (Normalisation)
4.4.5. Acidification
4.4.6. Le potentiel d’épuisement des ressources ADP
4.4.7. Le potentiel de réchauffement climatique GWP
4.5. Aide à la décision
4.5.1. Mise en situation
4.5.2. Application pour le GCT
4.5.3. Etude d’aide à la décision écologique avec agrégation spécifique
Conclusion
Chapitre 3 : Approche produit pour la modélisation de l’éco-fabrication
Introduction
1. ‘Approche produit’ pour la modélisation de l’Eco-fabrication
2. Optimisation multi objectifs
2.1. Optimisation pour l’éco-fabrication
2.2. Méthodologie et outils d’optimisation multi objectifs
2.3. Optimisation par Essaim Particulaire
2.3.1. Présentation de l’OEP
2.3.2. Notion de voisinage
2.3.3. L’OEP pour l’optimisation continue
2.3.4. Mise en œuvre de l’OEP pour l’éco-fabrication
2.3.5. Approches des poids d’agrégation
2.4. Les Algorithmes génétiques
2.4.1. Principe méthodologique
2.4.2. Paramètres d’un AG
2.4.3. Les AG pour l’optimisation multi objectifs
3. Modélisation de la consommation des ressources
3.1. Input-Process-Output (IPO)
3.2. Stratégie d’amélioration de la consommation des ressources à base d’IPO
3.3. Le bilan des émissions
4. Choix des outils et description de l’approche globale
Conclusion
Chapitre 4 : Etudes de cas
Introduction
1. Etude de cas 1 : Pièce de tournage
1.1. Temps de Production
1.2. Coût de Production
1.3. Emission environnementale
1.4. Les limitations
1.4.1. Limitation de la puissance de coupe
1.4.2. Limitation d’efforts-couple admissible sur la broche
1.4.3. Limitation liée à l’outil
1.4.4. Limitation liée à la pièce à usiner
1.5. Données de simulation
1.6. Résultats
1.6.1. Evaluation des paramètres de coupe
1.6.2. Evolution des fonctions objectives
1.6.3. Influence de la profondeur de passe
1.6.4. Comparaison avec les algorithmes génétique
2. Etude de cas 2 : Pièce de fraisage
2.1. Les fonctions objectives
2.1.1. Temps de production
2.1.2. Le coût de production
2.1.3. L’empreinte écologique
2.1.4. La qualité de surface
2.2. Les contraintes de production
2.2.1. Limitation liée à l’effort de coupe
2.2.2. Limitation liée à la puissance de coupe
2.2.3. Limitation liée à la résistance pratique à la rupture
2.2.4. Limitation sur la résistance à la déformation de l’outil de coupe
2.3. Données de simulation
2.4. Formulation du problème
2.5. Résultats et discussion
2.5.1. Evaluation des paramètres de coupe
2.5.2. Evolution des objectives de l’optimisation
3. Etude de cas : unité de production de l’acide sulfurique
Conclusion Générale

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