La quantification de la performance dans les entreprises manufacturières : de la déclaration des objectifs à la définition des systèmes d'indicateurs

This work deals with the industrial performance quantification of manufacturing companies. Such a performance is defined with regards to the achievement of an assigned objective. Performance indicators and performance measurement systems are, in the overall and multicriteria context, the methodological tools for providing the performance expressions. A performance expression framework is proposed, based on the quantification of two kinds of performance expressions, respectively the so-called elementary expression and the aggregated expression. The model is structured in accordance with a hierarchical break-down of overall objectives into sub-objective trees. The elementary expression is the result of the comparison of achieved states with the objectives. The aggregated expression is the result of the combination of the expressed elementary performances. Fuzzy subset theory as well as multicriteria decision-aiding tools are used for handling, on the one hand, flexible and imprecise aspects that characterise both industrial objectives and measures; and, on the other hand, a sound aggregation. The MACBETH method is used, being associated with the Integral Choquet operator. This compromise aggregation operator has been chosen because of its ability to take criteria interactions into account. The developed model has been experimented with regards to improvement performance problematics submitted by our industrial partners.Les travaux menés ont été guidés par une volonté de quantifier la performance des activités des entreprises manufacturières. Cette performance se définit au regard de l’atteinte d’un objectif assigné au préalable. Dans un contexte global et multicritère, les indicateurs et systèmes d’indicateurs sont les outils méthodologiques pour retourner les expressions de performance. Un cadre d’expression de la performance est proposé, fondé sur la distinction de deux expressions, l’une élémentaire et l’autre agrégée. La structuration du modèle de quantification repose sur une décomposition d’un objectif dit global en un arbre de sous-objectifs. L’expression élémentaire est définie comme le résultat de la comparaison d’un état atteint avec l’objectif. L’expression agrégée est le résultat de l’agrégation d’un ensemble d’expressions élémentaires. En termes de modélisation, nous avons eu recours à la théorie des sous-ensembles flous pour la prise en compte du caractère flexible des objectifs et de celui imprécis des mesures. Par ailleurs, nous avons utilisé les outils d’aide à la décision multicritère afin de réaliser une agrégation fondée. La méthode MACBETH a été retenue, associée à l’intégrale de Choquet, qui est un opérateur d’agrégation à même de prendre en compte les interactions entre critères. Le modèle proposé a été expérimenté auprès de partenaires industriels, autour de leurs problématiques d’amélioration de la performance

Développements méthodologiques pour l'utilisation des terres en évaluation des impacts du cycle de vie : application aux polymères agro-sourcés

L’utilisation des terres est une catégorie d’impact historiquement présente en analyse du cycle de vie (ACV), qui est une méthodologie d’évaluation environnementale et un outil d’aide à la décision. Les impacts des interventions environnementales sont évalués par rapport à une référence au moyen de facteurs de caractérisation (CFs) et portent sur la biodiversité terrestre et les principales fonctions écologiques des sols : les capacités de filtration mécanique et physicochimique de l’eau par les sols, la régulation du climat par séquestration du carbone, la régulation de l’eau souterraine par recharge des nappes phréatiques, la régulation de la résistance des sols à l’érosion et la production biotique. Dans cette catégorie d’impact, l’intervention environnementale est un type de couverture de terres (agricole, pâturages ou urbain par exemple) dans un lieu donné (au vu du caractère local de la catégorie d’impact). Les travaux du projet LULCIA du groupe de travail de l’UNEP/SETAC (2008-2013) ont permis de consolider les connaissances existantes et de proposer des classifications harmonisées et selon plusieurs niveaux pour les couvertures de terre et pour différents niveaux de résolution de l’information spatiale. Cependant, ces développements restent encore trop limités afin de pouvoir décrire et comparer les impacts potentiels de différents systèmes agro-sourcés sur l’utilisation des terres : les types de biomasse ne sont pas distingués en termes de couvertures de terre et la différentiation spatiale repose sur un découpage spatial de faible résolution et une hypothèse d’homogénéité des paramètres des sols au sein des unités du découpage. Ainsi, si les ACVs permettent de discriminer les impacts des systèmes agro-sourcés sur la consommation d’eau (irrigation), l’acidification, l’eutrophisation (emploi de fertilisants) ou encore le changement climatique (changement indirect d’affectation des terres), ce n’est pas encore le cas pour l’utilisation des terres. Au-delà d’améliorer l’évaluation environnementale des polymères agro-sourcés, mieux modéliser les impacts de et sur l’utilisation des terres est crucial, dont les enjeux sur les sols sont cruciaux ne serait-ce avec seulement la demande alimentaire. La perte de biodiversité, l’appauvrissement en nutriments de sols, l’érosion, la salinisation des sols inquiètent en effet de plus de plus les instances nationales et internationales (FAO, Programme des Nations Unies pour l’Environnement, UNESCO, World Resource Institute). L’objectif principal de cette thèse est d’améliorer la robustesse scientifique et la pertinence environnementale des CFs pour évaluer la perte de fonctions écologiques associée à l’utilisation des terres dans le contexte de l’ACV en abordant ces limites méthodologiques. Pour cela, trois développements méthodologiques sont proposés : a) développer une méthode de modélisation des fonctions écologiques en un seul indicateur dommage par évaluation économique de perte de services écosystémiques captés par la société, pour en permettre la comparaison et aider à la prise de décision ; b) modéliser deux fonctions écologiques (la résistance à l’érosion et la recharge des nappes phréatiques par ruissèlement) pour des types spécifiques de biomasse (blé, maïs et soja) et pour une résolution spatiale élevée et c) analyser et comparer différents choix de niveau de référence dans les calculs des CFs pour assurer une bonne interprétation des scores d’impacts, en particulier en regard du champ d’étude de l’ACV. Les trois développements sont appliqués sur l’étude comparative de polymères agro-sourcés (l’acide polylactique, l’amidon thermoplastique, le bio-polyéthylène et un polyhydroxyalcanoate) produits à partir de différents types de biomasse dans différentes régions. Ces contributions permettent d’une part de mieux modéliser les impacts de l’utilisation des terres en revenant sur les choix de modélisation de l’échelle spatiale et du niveau de référence nécessaire aux calculs. Les résultats montrent que l’hypothèse d’homogénéité des paramètres d’entrée dans les archétypes pour la modélisation environnementale n’est pas fondée pour les fonctions écologiques modélisées (érosion, ruissèlement) et créé une variabilité spatiale des résultats qui peut atteindre trois à six ordres de grandeur rapport à une modélisation systématique. Le choix du niveau de référence peut quant à lui induire des inversions de conclusions dans une analyse comparative. Ainsi, en comparant la production du blé avec celle du soja pour les régions communes de production dans le monde entier, jusque 50% des conclusions peuvent être inversées en raison du choix différent de niveau de référence. D’autre part, la différentiation plus fine des couvertures de terres permet pour la première fois de comparer des systèmes agro-sourcés différents en tenant compte des impacts sur deux fonctions écologiques (l’érosion et le ruissèlement) et non seulement des rendements agricoles, comme ce que permettaient les facteurs génériques existants auparavant. La comparaison des facteurs génériques avec des facteurs spécifiques au blé, au maïs et au soja sur l’ensemble des régions communes de production dans le monde présente des inversions de classement des scores d’impact pour 22% des régions, ce qui démontre la pertinence du développement de ces facteurs spécifiques. Enfin, l’interprétation des résultats est améliorée par l’élaboration d’un niveau d’interprétation complémentaire des indicateurs biophysiques qui traduit les impacts sur les fonctions écologiques dans une même unité représentant le capital naturel altéré par l’utilisation des terres. L’indicateur résultant permet en effet d’évaluer des systèmes agro-sourcés avec un seul indicateur représentant les impacts de l’utilisation des terres. Cet indicateur inclut les différentes fonctions écologiques et les hiérarchise. Les impacts potentiels de l’utilisation des terres sont très contextuels, de sorte qu’il est difficile de donner un résultat absolu de classement des polymères agro-sourcés. En effet, le caractère local affecte doublement le calcul des impacts par les facteurs de rendements agricoles et les CFs. En général, il apparaît que l’amidon thermoplastique génère moins d’impacts que les autres agro-polymères en raison de la conversion plus efficace de biomasse en polymère. Les développements méthodologiques de cette thèse mettent de l’avant les choix de modélisation des CFs, ainsi que leurs implications sur leur interprétation. Cela permet à l’utilisateur de ces CFs de pouvoir les utiliser dans leur périmètre de validité et l’aide lors de la réalisation de l’étude ACV. En effet, le choix du niveau d’évaluation des indicateurs (problème ou dommage), de la résolution spatiale de l’étude ainsi que du niveau de référence dépendent respectivement du destinataire de l’étude, des données disponibles en inventaire et des objectifs de l’étude. Améliorer la modélisation de l’indicateur dommage développé, mieux comprendre les interactions entre les fonctions écologiques et entre les différents niveaux de référence, intégrer les aspects temporels et dynamiques, ainsi que calculer les incertitudes des CFs pour l’utilisation des terres constituent autant de perspectives et opportunités de recherche. ---------- The land use impact category has always been part of life cycle assessment (LCA), which is both an environmental impact assessment methodology and a decision support system. Impacts on land are characterized using characterization factors (CFs) in respect to a reference situation on several impact pathways: terrestrial biodiversity loss and soil main ecological functions losses. Biotic production, climate regulation, erosion resistance, freshwater regulation and mechanical and physicochemical purification potentials are assessed. In this impact category, the environmental intervention assessed is a land cover type (e.g. cropland, pastureland or urban) in a specific location (given the local character of the impact category). The research project LULCIA from the UNEP/SETAC taskforce on land use (2008-2013) has led to a consensus on existing knowledge. In particular, harmonized typology of land cover types and a systematic classification of spatial scales of impact assessment have been established. Nevertheless, these developments still do not make it possible to describe and compare land impacts of systems based on different biomass types, since the land covers characterized by the available CFs are not detailed enough. In addition, their spatial differentiation relies on coarse spatial archetypes in which soil parameters are assumed to be homogeneous. Thus, LCAs can discriminate different bio-based systems by their impacts on water (water management practices), acidification, eutrophication (use of fertilizers) or climate change (additional emissions due to indirect land use change) but not discriminate them by their impacts on land. Given that land degradation is already a burning issue with the food sector only, increasing demand from bio-based systems supports the growing needs of improving how impacts on land are currently addressed. The decline of terrestrial biodiversity, soil general degradation, erosion and fertility loss and salinization have become high on national and international environmental agendas (FAO, UNEP, UNESCO, World Resource Institute). The main objective of this thesis is to improve the scientific robustness and environmental relevance of characterization factors to assess the ecological functions losses due to land use in the LCA context. To this end, three methodological developments are undertaken: a) develop a framework to convert ecological functions losses into a single ecosystem services loss indicator by economic valuation to enable comparison and help the decision-making; b) model two ecological functions (erosion resistance and freshwater regulation through runoff) to specific biomass types (maize, soybean and wheat) and at high spatial resolution and c) analyse and compare different reference situation choices to ensure an explicit interpretation of LCA land impact scores, particularly in relation to LCA goal and scope. These three developments are applied on the case study comparing bio-based polymers (bio-polyethylene, poly-hydroxy-alkanoate, poly-lactic acid and thermoplastic starch) produced from different biomass types in different regions. First, the contributions improve the modelling of impacts on land by challenging on the spatial scale and the reference situation modelling choices. The results show that considering input parameters homogeneous by biomes does not apply in the case of erosion and runoff. Relying on biome archetypes induces a variability in the results from three up to six orders of magnitude. Regarding the reference situation, the modelling choice leads to inversions in the conclusions in a comparative assessment. When comparing soybean and wheat on common production regions, results from different reference situations may be reversed in up to 50% in the regions compared. Moreover, refining land covers enable to assess and compare bio-based systems produced from different types of biomass by their actual impacts and not the biomass yields only. This could not be done with existing generic CFs. At the global extent, results from these generic CFs and from CFs specific to maize, soybean and wheat on common production regions lead to inversions of the impact scores rankings up to 22% of the regions compared. This demonstrates the relevance of developing the crop-specific CFs. Finally, interpretation of the impact scores is supported with an additional level of interpretation converting ecological functions losses in the same unit representing the natural capital loss due to land use. This indicator allows to compare bio-based systems with a single indicator of land use impacts. Such indicator embeds multiple aspects of land ecological functions and prioritize by their importance. Impacts scores of land use are very contextual, making it difficult to outline an absolute ranking of bio-based polymers. The local nature of the land impact category affects both the agricultural yields in the inventory calculation and the CFs values. Nevertheless, it appears that thermoplastic starch polymer type has less impacts than the others bio-based polymers because of the more efficient conversion from biomass to polymer. The methodological developments in this thesis highlight the modelling choices in the CFs calculations and how they affect the CFs interpretation. Making the validity perimeter of the CFs explicit helps the user when performing an LCA. The practitioner will make better and consistent choices regarding the midpoint or endpoint indicators, the spatial resolution of the study, as well as the reference situation, which respectively depend on the study public, available data and the objectives of the study. Some issues still remain. Improving the ecosystem services indicator modelling, understanding better the interactions between the ecological functions and the relationships between the reference situations, integrating temporal and dynamic aspects in land use as well as evaluating the uncertainty of the land use CFs are research development avenues to undertake

Estimation de l'incertitude sur les flux d'inventaire du cycle de vie - modélisation et développement de facteurs empiriques pour l'approche pedigree

L’analyse du cycle de vie (ACV) est un outil d’aide à la décision qui permet d’évaluer les impacts environnementaux potentiels d’un produit, service ou système sur l’entièreté de son cycle de vie : de l’acquisition des matières premières à la gestion de la fin de vie. Cet outil permet de comparer les performances environnementales de différents systèmes ou celles des phases du cycle de vie d’un même produit. Cette connaissance permet aux politiques, au secteur privé ou aux consommateurs de prendre des décisions par rapport aux systèmes étudiés. En tant qu’outil d’aide à la décision basé sur la modélisation, l’ACV considère les incertitudes dues aux modèles employés et à leurs entrants afin d’améliorer le degré de confiance à accorder aux résultats et aux prises de décisions qui en découlent. La typologie d’incertitude la plus documentée est celle touchant les paramètres en inventaire du cycle de vie (ICV – étape de l’ACV permettant de comptabiliser l’ensemble des échanges entre un système et l’environnement). Ces paramètres sont à la fois incertains – on ne connait pas leur « vraie » valeur – et variables – leur valeur change selon le temps, l’espace ou le type d’individus. Aucune méthode pour traiter l’incertitude et la variabilité sur les paramètres d’ICV n’est actuellement utilisée de manière universelle. Seule la base de données d’ICV ecoinvent propose une approche semi-quantitative de gestion de l’incertitude qui prend en compte l’ensemble des données d’arrière-plan, d’ores et déjà modélisées dans la base de données, pour le calcul d’incertitude. Cette approche, ici appelée « approche pedigree », combine une approche statistique et l’utilisation d’une matrice pedigree pour combiner deux typologies d’incertitude. Cette approche quantifie donc 1) l’incertitude de base qui représente l’erreur stochastique ou l’inexactitude et 2) l’incertitude additionnelle qui témoigne de l’utilisation d’une donnée imparfaite à la fois pour le contexte de l’étude et par rapport à sa source. Cette approche pedigree, telle qu’appliquée dans la version 2 de la base de données ecoinvent, souffre de certaines limites : l’approche n’est valable que pour des données modélisées avec leur incertitude par une distribution log-normale, les différents facteurs d’incertitude de base et additionnelle ont été développés par jugements et ne possèdent donc pas d’assise empirique, de plus les facteurs d’incertitude sont les mêmes quel que soit le secteur industriel concerné. Cette thèse propose d’aborder ces limites en répondant à l’objectif global de développer et légitimer par une assise scientifique la structure de gestion semi-quantitative de l’incertitude sur les données d’inventaire qu’est l’approche pedigree. Pour ce faire, les trois objectifs spécifiques suivants sont traités : 1) légitimer l’usage de la distribution log-normale comme distribution par défaut pour modéliser une donnée d’inventaire avec son incertitude; 2) déterminer comment l’approche pedigree peut être appliquée à des distributions autres que log-normales; 3) développer une méthode d’analyse de données permettant de déterminer les facteurs d’incertitudes, et ce, par secteurs d’activités. En répondant à ces objectifs spécifiques, cette thèse apporte les contributions qui suivent à la modélisation de l’incertitude sur les données d’ICV. Tout d’abord, l’analyse de l’effet du choix d’une distribution par défaut pour modéliser une donnée et son incertitude montre que la distribution par défaut utilisée a une incidence sur les résultats d’une ACV quand on analyse les systèmes de manière individuelle. Néanmoins, dans le cas de comparaison de systèmes de produits, le choix de la distribution par défaut ne modifie pas les résultats d’une comparaison. Compte tenu de ces résultats, la distribution log-normale peut donc être utilisée par défaut pour modéliser une donnée et son incertitude si aucune information ne permettant de définir spécifiquement la distribution de la donnée n’est disponible. Le développement d’équations de compilation d’incertitude de base et d’incertitude additionnelle pour l’ensemble des distributions présentes dans la base de données ecoinvent pour modéliser une donnée et son incertitude permet aux praticiens et aux développeurs de données d’utiliser la distribution qui modélise le mieux la donnée. Finalement, par l’utilisation du théorème de Bayes, une méthodologie permettant de mettre à jour les facteurs d’incertitude est développée. Cette méthodologie s’applique si de nouvelles informations sur ces derniers sont disponibles. L’application de cette méthodologie dans le cadre de cette thèse permet l’obtention de facteurs d’incertitude empiriques et mis à jour, et ce, par secteurs industriels. Ces facteurs sont, pour la plupart des cas, plus élevés que ceux obtenus par jugements d’experts. Les développements mis en œuvre pour atteindre ces objectifs sont basés sur un certain nombre d’hypothèses qu’il s’agit de garder à l’esprit lors de l’utilisation de ces résultats. Malgré ces hypothèses, cette thèse propose une justification complète de l’approche pedigree. De plus, ces travaux ont de l’intérêt que si ces derniers sont utilisés par les praticiens ou par les développeurs de données pour lesquels ces résultats s’appliquent. En ce sens, des discussions ont été engagées pour intégrer les facteurs d’incertitude développés dans la base de données ecoinvent. L’approche développée pourrait facilement être intégrée dans d’autres bases de données. Finalement, cette thèse participe à l’amélioration de la modélisation et donc de la connaissance de l’incertitude sur les données d’ICV. Connaissance nécessaire pour pouvoir considérer de manière systématique l’incertitude en ACV et la considérer comme une source de connaissance en soi sur les résultats d’une ACV plutôt qu’être considérée comme une faiblesse. ----------- Life cycle assessment (LCA) is a decision support tool that allows evaluating the potential environmental impacts of a product, service or system from the perspective of its whole life cycle: from resource extraction to end-of-life. LCA aims to compare the environmental performances of different systems or of the different life cycle stages of a same product. This knowledge allows legislators, the private sector or consumers to consider environmental aspects in their decisions regarding the assessed systems. As a decision support tool that relies on modelling, uncertainties are an intrinsic part of LCA models. The uncertainty of models and their inputs can be evaluated during a LCA. This evaluation can help improve the confidence in the results and in the decision the LCA results support. The most documented typology of uncertainty is uncertainty on life cycle inventory (LCI) parameters (LCI is the step of the LCA that aims to quantify all the exchanges between the system and the environment). These parameters are both uncertain – we don’t know their “true” value – and variable – their value changes according to time, space and type of individual. There is presently no universal method to address LCI parameter uncertainty and variability. Only the ecoinvent LCI database offers a semi-quantitative approach to manage and quantify uncertainty on all the background data modelled in the database. This approach, called “the pedigree approach”, is based on the use of statistics and a pedigree matrix to combine two typologies of uncertainty. This approach quantifies 1) the basic uncertainty that represents the stochastic error ;and 2) the additional uncertainty that is due to the use of an imperfect data, imperfect according to the context study and according to how the datum was obtained. This pedigree approach, as applied in ecoinvent v2 has several limitations: the approach can only be applied if a datum with its uncertainty is modelled by a lognormal distribution, the uncertainty factors for both the basic and the additional uncertainties rely on experts’ judgments rather than on empirical basis and the additional factors are unique whatever industrial sector. This thesis aims to address these limits by developing and legitimating, on a scientific basis, the semi-quantitative uncertainty management tool on uncertainty parameters that is the pedigree approach. In order to meet this global objective, three specific objectives are addressed: 1) legitimate the use of the lognormal distribution as a default distribution to model a parameter with its uncertainty; 2) determine how the pedigree approach can be applied to distributions other than lognormal; and 3) develop a data assessment structure that permits to determine empirically-based uncertainty factors and that, by activity sectors. By meeting these specific goals, this thesis makes several contributions to the modelling of uncertainty of LCI data. First of all, the analysis of the effects of the choice of default distributionto represent uncertainty of background LCI data shows that, while the choice can significantly affect the LCA results when product systems are assessed individually, it has no material effect on products system comparisons. Giving these results, the lognormal distribution can be used as a default distribution to model a datum and its uncertainty and that, if no information to specifically define the datum’s distribution is available. The development of equations that combine basic uncertainty and additional uncertainty for all distributions in the ecoinvent database to model a datum and its uncertainty allows the practitioner and the data provider to choose the distribution that best fits the assessed datum. Lastly, with the use of Bayesian inference, a methodology that aims to refine uncertainty factors is developed. Applying this methodology allows to refine uncertainty factors whenever new data are accessible. This methodology is applied in the context of this thesis,which led to the development of empirically based, refined and sector-specific uncertainty factors. These factors are mostly higher than the ones presently used in ecoinvent. The developments related to the achievements of the goals are based on some assumptions that need to be considered when the results are used. Despite these assumptions, this thesis brings a complete justification of the use of the pedigree approach. This work is of interest only if the results are used by the practioners or the data developers who need them. Discussions are engaged with the ecoinvent centre to integrate the developed uncertainty factors into the database. The approach could also easily be used with other databases. Finally, this thesis contributes to the improvement of uncertainty modeling and to the knowledge on uncertainty on LCI parameters. This knowledge is necessary to systematically consider uncertainty in LCA and to consider uncertainty on results as a source of information on these results rather than a source of weakness

Étude Numérique d'identification des sources acoustiques d'une pale de ventilateur

Dans les turbomachines, le bruit du volume tournant est considéré comme une source majeure d’inconfort. La connaissance et l’identification des sources de bruit du rotor sont primordiales pour la conception d’une machine silencieuse et énergétiquement plus efficace. Ce document examine la capacité à la fois de la décomposition orthogonale aux valeurs (POD) et la décomposition aux valeurs singulières (SVD) à identifier les zones sur la surface d’une source (pale de ventilateur) fixe ou en mouvement subsonique qui contribuent le plus à la puissance acoustique rayonnée. La méthode de calcul de la dynamique des fluides (CFD) du code source OpenFoam est utilisée comme une première étape pour évaluer le champ de pression à la surface de la pale en mouvement subsonique. Les fluctuations de ce champ de pression permettent d’estimer à la fois le bruit de charge et la puissance sonore qui est rayonnée par la pale basée sur l’analogie acoustique de Ffowcs Williams et Hawkings (FW&H). Dans une deuxième étape, le bruit de charge estimé est également utilisé tant pour les approches POD et SVD. On remarque que la puissance sonore reconstruite par les deux dernières approches en se fondant uniquement sur les modes acoustiques les plus importants est similaire à celle prédite par l’analogie de FW&H. De plus, les modes les plus rayonnants estimés par la méthode SVD sont projetés sur la surface de la pale, mettant ainsi en évidence leurs emplacements. Il est alors prévu que cette identification soit utilisée comme guide pour l’ingénieur dans la conception d’une roue moins bruyante

Approche d'éco-conception basée sur la combinaison de l'Analyse de Cycle de Vie et de l'Analyse de Sensibilité.: Cas d'application sur le cycle de vie du matériau d'isolation thermique biosourcé, le béton de chanvre.

The purpose of this PhD thesis is to establish an eco-design method based on Life Cycle Assessment, that should allow identifying action levers specific for each economic actor of the life cycle of a product, for improved environmental performances. Life Cycle Assessment was coupled with two methods of sensitivity analysis in five steps: (i) definition of objectives and system, (ii) modeling calculation of inventory and impact indicators with different approaches according to foreground and background sub-systems, (iii) characterization of parameters using a typology specific to possibilities of control of the considered economic actor, (iv) application of two sensitivity analysis methods (Morris and Sobol) and (v) results interpretation in order to identify potential efficient improvements.The approach was applied on the hemp concrete insulation product, including agricultural production, industrial transformation of hemp fibers, and use of hemp concrete as a thermal insulator for buildings.The approach provides potential technological scenarios improving environmental performances for each single economic actor of the product’s life cycle.Performing the method presently requires additional information, but will probably be paid back in the future by driving more robust choices for a given product.L’objectif de ce travail de thèse est d’établir une méthode d’éco-conception basée sur l’Analyse de Cycle de Vie, qui doit permettre d’identifier des leviers d’actions environnementaux propres à chacun des différents acteurs économiques intervenant dans le cycle de vie d’un produit. L’Analyse de Cycle de Vie a été couplée avec deux méthodes d’analyse de sensibilité, suivant cinq étapes décrites dans le mémoire : (i) la définition des objectifs et du système, (ii) la modélisation du calcul de l’inventaire et des indicateurs d’impacts avec des approches différenciées en premier et arrière-plan, (iii) la caractérisation des paramètres utilisés avec une typologie définie selon les possibilités d’action de l’acteur économique concerné, (iv) la réalisation successive de deux méthodes d’analyse de sensibilité (Morris et Sobol) sur le modèle défini, (v) l’interprétation des résultats en vue de proposer des pistes efficaces d’amélioration. L’approche établie a été appliquée au cycle de vie du béton de chanvre, avec l’étude des étapes de production agricole, de transformation des fibres de chanvre et d’utilisation du béton de chanvre comme isolant thermique dans le bâtiment.L’approche permet d’identifier des scénarios technologiques potentiels, permettant d’améliorer les performances environnementales, pour chacun des acteurs du cycle de vie du produit. Mettre en œuvre cette approche actuellement nécessite un surcroît d’informations, mais présente un gain à long terme car elle permet d’effectuer des choix robustes pour un produit donné

Mécanismes de transfert de proton d’une réaction acido-basique en phase aqueuse : une étude ab-initio

Les réactions de transfert de proton se retrouvent abondamment dans la nature et sont des processus cruciaux dans plusieurs réactions chimiques et biologiques, qui se produisent souvent en milieu aqueux. Les mécanismes régissant ces échanges de protons sont complexes et encore mal compris, suscitant un intérêt des chercheurs en vue d’une meilleure compréhension fondamentale du processus de transfert. Le présent manuscrit présente une étude mécanistique portant sur une réaction de transfert de proton entre un acide (phénol fonctionnalisé) et une base (ion carboxylate) en phase aqueuse. Les résultats obtenus sont basés sur un grand nombre de simulations de dynamique moléculaire ab-initio réalisées pour des systèmes de type « donneur-pont-accepteur », où le pont se trouve à être une unique molécule d’eau, permettant ainsi l’élaboration d’un modèle cinétique détaillé pour le système étudié. La voie de transfert principalement observée est un processus ultra-rapide (moins d’une picoseconde) passant par la formation d’une structure de type « Eigen » (H9O4+) pour la molécule d’eau pontante, menant directement à la formation des produits. Une seconde structure de la molécule d’eau pontante est également observée, soit une configuration de type « Zündel » (H5O2+) impliquant l’accepteur de proton (l’ion carboxylate) qui semble agir comme un cul-de-sac pour la réaction de transfert de proton.Proton transfer reactions are found abundantly in nature and are critical processes in several chemical and biological reactions, which often occur in aqueous medium. The mechanisms governing these proton exchanges are complex and poorly understood, sparking interest of researchers for a better fundamental understanding of the transfer process. This manuscript presents a mechanistic study for a proton transfer reaction between an acid (functionalized phenol) and a base (carboxylate ion) in aqueous phase. The results are based on a large number of Ab-initio molecular dynamics simulations performed for a “donor-bridge-acceptor” type of system, where the bridge is a single molecule of water, allowing the development of a detailed kinetic model for this system. The transfer channel mainly observed is an ultra-fast one (less than a picosecond), through the formation of a Eigen-like (H9O4+) structure for the bridging water molecule, leading directly to the formation of the products. A second structure of the bridging water molecule is also observed, which is a Zündel-like (H5O2+) configuration involving the proton acceptor (carboxylate ion), which seems to act as a dead-end for the proton transfer reaction

Techniques d'exploration architecturale de design à usage spécifique pour l'accélération de boucles

RÉSUMÉ De nos jours, les industriels privilégient les architectures flexibles afin de réduire le temps et les coûts de conception d’un système. Les processeurs à usage spécifique (ASIP) fournissent beaucoup de flexibilité, tout en atteignant des performances élevées. Une tendance qui a de plus en plus de succès dans le processus de conception d’un système sur puce consiste à spécifier le comportement du système en langage évolué tel que le C, SystemC, etc. La spécification est ensuite utilisée durant le partitionement pour déterminer les composantes logicielles et matérielles du système. Avec la maturité des générateurs automatiques de ASIP, les concepteurs peuvent rajouter dans leurs boîtes à outils un nouveau type d’architecture, à savoir les ASIP, en sachant que ces derniers sont conçus à partir d’une spécification décrite en langage évolué. D’un autre côté, dans le monde matériel, et cela depuis très longtemps, les chercheurs ont vu l’avantage de baser le processus de conception sur un langage évolué. Cette recherche a abouti à l’avénement de générateurs automatiques de matériel sur le marché qui sont des outils d’aide à la conception comme CapatultC, Forte’s Cynthetizer, etc. Ainsi, avec tous ces outils basés sur le langage C, les concepteurs ont un choix de types de design élargi mais, d’un autre côté, les options de designs possibles explosent, ce qui peut allonger au lieu de réduire le temps de conception. C’est dans ce cadre que notre thèse doctorale s’inscrit, puisqu’elle présente des méthodologies d’exploration architecturale de design à usage spécifique pour l’accélération de boucles afin de réduire le temps de conception, entre autres. Cette thèse a débuté par l’exploration de designs de ASIP. Les boucles de traitement sont de bonnes candidates à l’accélération, si elles comportent de bonnes possibilités de parallélisme et si ces dernières sont bien exploitées. Le matériel est très efficace à profiter des possibilités de parallélisme au niveau instruction, donc, une méthode de conception a été proposée. Cette dernière extrait le parallélisme d’une boucle afin d’exécuter plus d’opérations concurrentes dans des instructions spécialisées. Notre méthode se base aussi sur l’optimisation des données dans l’architecture du processeur.---------- ABSTRACT Time to market is a very important concern in industry. That is why the industry always looks for new CAD tools that contribute to reducing design time. Application-specific instruction-set processors (ASIPs) provide flexibility and they allow reaching good performance if they are well designed. One trend that gains more and more success is C-based design that uses a high level language such as C, SystemC, etc. The C-based specification is used during the partitionning phase to determine the software and hardware components of the system. Since automatic processor generators are mature now, designers have a new type of tool they can rely on during architecture design. In the hardware world, high level synthesis was and is still a hot research topic. The advances in ESL lead to commercial high-level synthesis tools such as CapatultC, Forte’s Cynthetizer, etc. The designers have more tools in their box but they have more solutions to explore, thus their use can have a reverse effect since the design time can increase instead of being reduced. Our doctoral research tackles this issue by proposing new methodologies for design space exploration of application specific architecture for loop acceleration in order to reduce the design time while reaching some targeted performances. Our thesis starts with the exploration of ASIP design. We propose a method that targets loop acceleration with highly coupled specialized-instructions executing loop operations. Loops are good candidates for acceleration when the parallelism they offer is well exploited (if they have any parallelization opportunities). Hardware components such as specialized-instructions can leverage parallelization opportunities at low level. Thus, we propose to extract loop parallelization opportunities and to execute more concurrent operations in specialized-instructions. The main contribution of this method is a new approach to specialized-instruction (SI) design based on loop acceleration where loop optimization and transformation are done in SIs directly, instead of optimizing the software code. Another contribution is the design of tightly-coupled specialized-instructions associated with loops based on a 5-pattern representation

Identification de modèles de procédés par programmation mixte déterministe

La recherche de modèles de procédés constitue le thème développé dans ce mémoire. Partant d'une superstructure composée de cellules élémentaires telles que des réacteurs continus, des réacteurs piston, des zones mortes, des by-pass et des recyclages, l'objectif est de déterminer le meilleur arrangement de ces procédés élémentaires pour obtenir une sortie modélisée aussi proche que possible d'une sortie expérimentale. Le problème d'optimisation non linéaire en variables mixtes qui en découle est résolu à l'aide de l'environnement GAMS, plus particulièrement avec les solvers DICOPT++ et SBB. Dans un premier temps l'étude concerne les procédés à fonctionnement en régime permanant, et l'objectif est de déterminer une concentration obtenue par le modèle aussi voisine que possible de la concentration observée expérimentalement. Un bassin de décantation et un réacteur en lit fluidisé pour la déphosphation d'effluents aqueux illustrent la démarche. La seconde partie est relative à l'étude de procédés fonctionnant en régime dynamique. Dans ce cas il s'agit de retrouver une courbe de distribution de temps de séjour analogue à une courbe obtenue expérimentalement. Un local ventilé de l'industrie nucléaire est modélisé suivant cette approche. Dans les deux cas, plusieurs fonctions objectif et plusieurs types de superstructures sont étudiés. ABSTRACT : The search for process models is the goal of this thesis. Starting from a superstructure composed of elementary cells like continuous stirred tank reactors, plug flow reactors, dead-zones, recycles and by-passes, the study aims at determining the best arrangement of these elementary processes in order to obtain a modelled output as close as possible of an experimental response. The resulting mixed-integer nonlinear optimisation problem is solved by means of the GAMS environment, particularly the solvers DICOPT++ and SBB. In a first part, the study is related to steady-state processes, and the goal is to obtain a model giving an output concentration as close as possible of a given experimental concentration. A settling tank and a pellet reactor for phosphorus recovery from wastewater by precipitation of calcium phosphate illustrate the approach. In the second part, where dynamic processes are studied, the objective is to obtain a model giving a residence time distribution curve fitting as well as possible an experimental RDT curve. A ventilated indoor space used in the nuclear field is modelled according to this strategy. n both cases, several objective functions and superstructures are studied

Le développement d'une méthode hybride pour accélérer les études paramétriques de systèmes vibroacoustiques plats et courbes avec un traitement acoustique attaché

Le bruit est devenu une partie intégrante de notre vie quotidienne, au point où il peut affecter notre santé et notre bien-être. C'est particulièrement vrai dans les différents secteurs de transport tels que l'automobile, le ferroviaire et l’aviation. Dans ces conditions, la méthode la plus pratique et la plus économique pour améliorer le confort acoustique consiste à modifier le trajet de propagation des ondes sonores et vibratoires en utilisant des composants dissipatifs placés entre la structure (p. ex. le fuselage) et la cavité acoustique (p. ex. la cabine). Ces composants dissipatifs, appelés traitement acoustique (TA), impliquent souvent des couches de matériaux poroélastiques qui ont d'excellentes performances acoustiques en hautes fréquences. Cependant, cette capacité d'absorption du son et des vibrations diminue considérablement dans la gamme des basses fréquences à cause de la longueur d'onde acoustique. Par conséquent, au début du processus de conception, des simulations numériques et des études paramétriques sont nécessaires pour identifier la configuration optimale de la multicouche acoustique. Les outils numériques traditionnels utilisés à ce stade manquent de précision (si l'efficacité est visée) ou sont prohibitifs sur le plan computationnel (si la précision est plutôt visée). Récemment, un modèle hybride qui combine la flexibilité et la précision de la méthode des éléments finis (FEM) ainsi que l’efficacité et la précision de la méthode des matrices de transfert (TMM) a été présenté par Alimonti et al. Au cours de cette étude, un modèle qui permet de tenir compte de la réaction non locale des TA a été proposé, permettant ainsi de surmonter les limites des modèles à réaction locale. Cette méthode a montré sa précision, en particulier si le TA est modélisé comme fluide équivalent, ainsi que son efficacité face à la méthode FEM. Dans ce contexte, après une étude de la validité de la méthode, la présente thèse propose une extension pour des traitements et structures complexes (p. ex. structures courbes, cylindres...) tout en permettant de faciliter et d’accélérer avec une précision acceptable les études paramétriques lors de la phase de conception. La méthode développée utilise la procédure \textit{Patch Transfer Functions} afin de coupler efficacement, à travers des surfaces élémentaires, les sous-domaines d’un système vibroacoustique donné. La présente technique est d’abord validée dans le cas de la transmission sonore à travers une structure plane où deux types de TA sont considérés. Ensuite, deux études paramétriques, utilisant le rayon de courbure de la structure et l’épaisseur du TA comme paramètres, sont réalisées afin d’évaluer l’effet de la courbure du TA sur la précision des modèles TMM classique. Par la suite, une extension du modèle TMM à réaction non locale pour les traitements acoustiques cylindriques est proposée et validée dans le cas d’un cylindre excité par une force ponctuelle. Finalement, une approche basée sur les éléments finis ondulatoires est proposée afin de prédire la perte par transmission à travers des structures multicouches périodiques. Cette approche permet de surmonter le caractère individuel et les expressions algébriques complexes utilisées dans le développement des modèles analytiques ainsi que d'exploiter la flexibilité de la méthode FEM

Utilisation d'un système ERP pour soutenir la réalisation d'une ACV

Ce mémoire propose d’aborder la problématique de l’utilisation d’un système enterprise resource planning (ERP) pour soutenir la réalisation d’une analyse de cycle de vie (ACV) par une récupération efficace des données pertinentes. Les objectifs de cette recherche sont multiples et visent tout d’abord à définir les problématiques actuelles en ACV. Un objectif additionnel est de déterminer dans quelle mesure un système ERP, aujourd’hui couramment utilisé par les grandes et moyennes entreprises, peut soutenir la réalisation d’une ACV. Enfin, l’emploi d’un système ERP pour contribuer à la réalisation d’une ACV sera soutenu par la proposition d’une méthodologie d’implémentation empirique. La méthode de l’ACV est dans un premier temps présenté dans ses grandes lignes. Les principales difficultés rencontrées en ACV sont par la suite exposées, de même que les spécificités couvertes par les différents types de données. On remarque que la disponibilité et la qualité des données en ACV est une difficulté majeure à laquelle aucune solution satisfaisante n’a encore été apportée. Au cours de la revue de littérature, les systèmes ERP et Product Lifecycle Management (PLM) sont tout d’abord exposés de façon succincte. L’état actuel de la recherche dans le domaine de l’intégration de ces systèmes d’information (SI) avec l’ACV est par la suite présenté et les différentes approches sont développées avec leurs facteurs de succès. Enfin, une synthèse dresse un constat critique qui révèle les limitations de ces recherches. Ensuite, une étude de cas issue d’une entreprise manufacturière permet de confirmer a posteriori le fait qu’un système ERP est utile pour supporter la réalisation d’une ACV, en particulier pour l’étape d’inventaire du cycle de vie (ICV). Plus précisément, un système ERP contient pratiquement l’ensemble des données requises à l’ICV de la phase de production.---------- ABSTRACT Today, information systems like enterprise resource planning (ERP) are widely used by middle and big companies. This thesis will address the problematic pertaining to the data in life cycle assessments (LCA). More precisely, we will study the opportunity to use an ERP system to support a LCA for the efficient retrieval of appropriate data. The aims of this research are multiple. The first one is to present briefly the LCA. Further, we will investigate how an ERP system can help support conducting an LCA. Finally, a methodology designed to support the use of an ERP system to perform an LCA will be developed. The LCA methodology will first broadly be presented. The present shortcomings encountered in LCA are then presented, as well as the specificities of the different kind of data. It is to be pointed out that the availability and the quality of LCA’s data is a major difficulty to which no satisfying solution has been proposed to date. In the literature review, the ERP and Product Lifecycle Management (PLM) systems have first both briefly been presented. Then, the state-of-the-art of the research in the domain of the integration of these information systems with LCA software have been presented and the different approaches been developed, along with their success factors. Finally, a discussion revealed the shortcomings of these researches. A case study about a manufacturing company allowed a posteriori to confirm that an ERP system is useful to support an LCA, in particular, for the life cycle inventory (LCI) phase. More precisely, an analysis revealed that almost all data required for the production step LCI were contained in the ERP system. For the supplying and distribution steps, some data contained in the ERP system can be useful. Nevertheless, those data will never cover all the information required for an LCI