L'adoption des principes de l'économie circulaire (ÉC) dans le secteur de la construction offre un changement transformateur d'une approche linéaire à une approche circulaire, caractérisée par la prolongation de la durée de vie des matériaux, la mise en œuvre de processus de fabrication plus intelligents et la valorisation des flux de déchets. Cette transition se traduit par une réduction des impacts environnementaux associés au secteur, favorisant ainsi une plus grande durabilité. Cette thèse, divisée en trois axes, examine l'intégration des constructions en bois dans le paradigme de l'économie circulaire, en mettant particulièrement l'accent sur les stratégies de fin de vie des matériaux de construction. Dans le premier axe, un cadre conceptuel a été proposé pour guider l'application de diverses stratégies de l'ÉC. Dans le deuxième axe, quatre systèmes de construction au Québec, Canada, ont été comparés à l'aide de la méthode d'évaluation du cycle de vie (ACV), basée sur les stratégies actuelles de fin de vie, et lorsque la circularité des matériaux a été augmentée à la fin de vie. Enfin, le troisième axe s'est concentré sur le développement de pistes circulaires pour intégrer davantage de stratégies de l'ÉC dans les pratiques actuelles de fin de vie dans le secteur de la construction. Dans le premier axe, tout d'abord, une définition de l'ÉC a été élaborée dans les limites de cette étude. Ensuite, sur la base de la définition, un cadre conceptuel a été développé. Ce cadre a montré comment différentes stratégies de l'ÉC pourraient être appliquées à la fin de vie des matériaux de construction et comment leur application devrait être évaluée. Le deuxième axe a comparé quatre systèmes de construction courants (bois massif, béton, acier et ossature légère) au Québec, Canada, du point de vue de leur impact environnemental en utilisant la méthode d'analyse du cycle de vie (ACV). L'analyse, menée dans divers scénarios, a révélé que les pratiques de fin de vie des résidus de construction, de démolition et de rénovation (CRD) au Québec ont actuellement une circularité très faible. Les résultats de cet axe ont montré que malgré des taux de recyclage plus élevés des résidus de CRD dans d'autres régions, les gains environnementaux restaient relativement faibles et que l'application de l'ÉC ne doit pas se limiter à l'augmentation de la stratégie de recyclage. De plus, parmi les quatre bâtiments, le bâtiment en ossature légère a démontré des impacts environnementaux inférieurs dans tous les scénarios, tandis que la structure en bois massif présentait un potentiel significatif de réduction des impacts avec une circularité accrue en fin de vie. Dans le troisième axe, des pistes circulaires à court et à long terme ont été développées pour le bâtiment en bois massif, qui a été identifié comme le bâtiment ayant le plus grand potentiel de réduction des impacts environnementaux avec une plus grande circularité. Ces pistes ont décrit quatre pratiques détaillées de fin de vie pour chacun des résidus de CRD du bâtiment étudié. Ces pistes ont permis une réduction remarquable des catégories d'impact du changement climatique et de l'eutrophisation par rapport aux pratiques actuelles de fin de vie au Québec. Les pistes à court terme proposaient une augmentation optimisée de la circularité des pratiques actuelles de fin de vie, tandis que les pistes à long terme encourageaient des changements dans la sélection des matériaux et le développement d'infrastructures pour appliquer des niveaux de circularité plus élevés dans le secteur de la construction. / The adoption of circular economy (CE) principles in the construction sector offers a transformative shift from a linear to a circular approach, characterized by extending material lifespan, implementing smarter manufacturing processes, and valorizing waste streams. This transition results in lowering the associated environmental impacts associated with the sector, thereby fostering greater sustainability. This thesis, divided in three axes, examines the integration of wooden constructions within the CE paradigm, with a particular emphasis on end-of-life (EoL) strategies for building materials. Within the first axis a conceptual framework was proposed to guide the application of various CE strategies. In the second axis, four construction systems in Quebec, Canada were compared with the life cycle assessment (LCA) method, based on the current EoL strategies, and when circularity of the materials were increased at the EoL. Finally, the third axis focused on the development of circular trails to integrate more CE strategies in the current EoL practices in the construction sector. In the first axis, at first a definition for CE was elaborated within the scopes of the study. Then, based on the definition, a conceptual framework was developed. This framework showed how different circular economy strategies could be applied to the EoL of the building materials and how their application should be evaluated. The second axis compared four common building systems (mass timber, concrete, steel, and light wood frame) in Quebec, Canada, from the aspect of their environmental impact using the life cycle assessment (LCA) method. The analysis, conducted under various scenarios, revealed that EoL practices for construction and demolition waste (CDW) in Quebec currently have very low circularity. The results of this axis showed that despite higher recycling rates of CDWs in other regions, the environmental gains remained relatively low, and that the application of CE should not be limited to only increasing the recycling strategy. Furthermore, among four buildings, the light wood frame structure demonstrated lower environmental impacts across all scenarios, while the mass timber structure exhibited significant potential for impact reduction with increased circularity at EoL. Within the third axis, short-term and long-term circular trails were developed for the mass timber building as this system was identified as having more potential for lowering the environmental impacts within more circularity. These trails outlined four detailed EoL practices for each of the CDWs of the studied building, resulting in remarkable decrease in climate change and eutrophication environmental impact categories compared to current EoL practices in Quebec. The developed short-term trails proposed an optimized increase in the circularity of current EoL practices, while long-term trails encouraged comprehensive changes in the material selection and development of infrastructure to apply higher levels of circularity in the construction sector.

Peu d’études sur la mesure de l’économie circulaire (EC) existent à l’échelle de l’entreprise. Aussi, la disponibilité d’indicateurs adéquats pour l’EC laisse à désirer. Cette étude focalise sur la ferme avicole et vise à développer des indicateurs de mesure de l’EC pour la production d’oeufs qui sont validés par les intervenants de l’industrie et les experts du développement durable. Un cadre d’analyse précis et adapté pour la mesure de l’EC dans le secteur agricole est développé. Son application à la production d’oeufs, en utilisant la méthode ECOGRAI de conception d’indicateurs, a permis l’élaboration d’un système d’indicateurs pratiques dont la validation scientifique par la méthode de concertation DELPHI a conduit à la sélection de 11 variables clés à contrôler afin d’améliorer la circularité en aviculture. La méthodologie développée a permis d’identifier, de tester et de valider vingt-cinq (25) indicateurs pratiques (IP) de mesure de l’EC à partir de variables clés. Quatorze (14) actions concrètes et 3 arbres de décisions sont proposés sous forme d’outil pratique de suivi des indicateurs pratiques validés. Ces résultats fournissent des outils pouvant servir les recherches futures visant à établir un diagnostic ou un portait des entreprises avicoles par rapport à leurs performances en matière d’EC. / A small number of studies on measuring circular economy (CE) exist at company level. Also, the availability of adequate indicators for CE leaves a bit to be desired. This study focuses on egg farm and aims at developing indicators for measuring CE for egg production which are validated by industry stakeholders and experts of sustainable development. A precise and adapted analytical framework for measuring CE in the agricultural sector is developed. Its application to egg production sector using the ECOGRAI method of indicator design made it possible the development of a set of practical indicators whose scientific validation by the DELPHI consultation method led to the selection of 11 key variables to control in order to improve circularity in egg production. The developed methodology allowed to identify, test and validate twenty-five (25) practical indicators (PIs) for measuring CE from key variables. Fourteen (14) concrete actions and three decision trees are proposed as a practical tool to help monitoring validated practical indicators. These findings provide tools and important information for future research aiming at establishing a diagnosis or an assessment of egg enterprises in relation to performance of CE.

Au cours des dernières décennies, de nombreux outils ont été développés pour comprendre et gérer les cycles anthropiques des matériaux, avec différentes approches. Chacune considère les flux de matière dans la société de différentes manières et chacune possède ses bases de données respectives alimentant leurs utilisations. Il ne semble toutefois pas y avoir de bases communes pour la communication entre les activités de conception et les activités de bouclage, ainsi que leurs parties prenantes respectives, ce qui entrave les échanges d'informations nécessaires à une bonne gestion des produits mis au rebut (et de leurs matériaux). Cette thèse apporte ainsi deux contributions originales à la conception circulaire de produits: un outil pour l'intégration de la circularité des matériaux dans la conception de produits et un cadre pour caractériser les réseaux de bouclage de matériaux. L'outil est composé d'un indicateur multicritères de la valeur circulaire des matériaux utilisé dans la méthode de conception pour la circularité des matériaux (Design for Material Circularity method). Le cadre s'appuie sur une analyse documentaire approfondie, enrichie par des entretiens avec des experts de l'industrie, et sert de base à la collecte de données et à la capitalisation des connaissances sur les filières de bouclage. Les filières de recyclage en boucle ouverte de huit matériaux, appartenant aux trois principales catégories de matériaux, sont caractérisées grâce à ce cadre (acier, aluminium, cuivre, métaux précieux, métaux de spécialité, terres rares, plastiques et verre). Deux études de cas détaillent le déploiement de ces contributions. La première porte sur le choix optimal du matériau et du scénario de fin de vie pour une bouteille de 1,5 litre. La deuxième vise à identifier les points chauds (hotspots) de circularité des matériaux et les scénarios de fin de vie idéaux pour un bloc-batterie véhiculaire au lithium. / In the last decades, many tools have been developed to understand and manage the anthropogenic cycles of materials, with different approaches. Each handles the material flows in society in different ways and each possesses its respective databases that fuel their uses. Yet there seems to be no common ground of communication between design activities and cycling activities, as well as their respective stakeholders, which hinders the information exchanges required for a proper management of discarded products (and their materials). This thesis provides two original contributions to circular product design: a tool for the integration of material circularity in product design and a framework to characterize material cycling networks. The tool is composed of a multi-criteria indicator for circular material value that is used in the Design for Material Circularity method. The framework is based on an extensive literature review enhanced by industry experts’ interviews and provides a basis for data collection and knowledge capitalization on cycling activities. The open-loop recycling networks of eight materials, from the three main material classes, are characterized using this framework (steel, aluminium, copper, precious metals, specialty metals, rare earth elements, plastics and glass). Two case studies detail the deployment of these contributions. The first focuses on the optimal choice of material and end-of-life scenario for a 1,5-litre bottle container. The second is aimed at identifying material circularity hotspots and ideal end-of-life scenarios for a vehicular lithium-ion battery pack.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Il est incontestable que les problèmes liés aux pertes et gaspillages alimentaires représentent un fardeau pour l'industrie agroalimentaire dans le monde et au Canada en particulier, où plus d'un tiers de la nourriture produite ne parvient presque jamais à l'assiette du consommateur final en raison de diverses pertes tout au long de la chaîne de valeur. Ce phénomène, aux origines multiformes, constitue un problème à la fois éthique, social, économique et environnemental. L'économie circulaire se veut le nouveau paradigme de durabilité qui propose alternativement de réintégrer les déchets alimentaires dans la chaîne d'approvisionnement afin de produire de nouveaux aliments. Dans la pratique toutefois, on observe que ces produits se heurtent à une certaine résistance chez les consommateurs/citoyens. Cette thèse, qui prend la forme de trois articles empiriques, examine en profondeur les mécanismes psychologiques qui régissent l'acceptabilité sociale des consommateurs québécois vis-à-vis des produits issus des systèmes de circularité. Les résultats de la recherche permettront d'identifier les conditions sous lesquelles ces produits pourront être socialement acceptés par les consommateurs/citoyens. Afin de répondre à ces attentes de recherche, le premier article permettra d'identifier les différents facteurs, affectifs et cognitifs qui sous-tendent l'intention d'achat des produits alimentaires issus des systèmes de circularité. Un accent particulier est porté sur les effets du niveau d'innovation, de l'attrait sensoriel et de l'attitude face au risque étant donné que ces facteurs ont été peu étudiés dans la littérature malgré leur importance. En vue de garantir de meilleures actions pour améliorer l'acceptabilité de ces produits, la littérature souligne le rôle du prix comme l'un des éléments les plus importants. Pour ceci, le deuxième article a pour objectif, dans un premier lieu, de tester l'effet du niveau d'innovation et de l'attitude face au risque sur la disposition à payer pour ces produits, et en deuxième lieu d'étudier l'effet du cadrage informationnel en vue d'identifier les facteurs les plus importants dans l'évaluation du consommateur des prix des produits alimentaires circulaires. Cette analyse est déterminante au regard de l'importance accordée par les recherches antérieures à l'information sur la décision d'achat des produits nouveaux ou non familiers. Enfin, pour avoir une compréhension plus systématique des facteurs d'acceptabilité sociale de ces produits, le troisième article s'intéresse, quant à lui, aux déterminants d'adoption de la technologie qui sous-tend la fabrication des produits alimentaires issus de la circularité par le biais d'une application des éléments du modèle d'acceptation de la technologie (TAM). Le premier article a permis de mettre en évidence l'effet significatif de facteurs cognitifs tels que la néophobie alimentaire, l'utilité perçue (de ces produits dans la résolution des problèmes liés au gaspillage alimentaire et à la durabilité de l'agriculture) et l'attitude (envers les produits alimentaires issus de la circularité) d'une part et d'autre part, de facteurs émotionnels comme le dégoût et la peur sur l'acceptabilité des produits alimentaires issus de la circularité. Le deuxième article confirme la réticence des consommateurs à l'achat de ces produits qui se traduit par une disposition à payer inférieure à leurs homologues conventionnels et met en avant l'importance des informations positives et négatives sur l'amélioration ou la détérioration de cette disposition. En ce qui concerne le contexte, un cadrage environnemental ou sanitaire aurait plus d'effet sur la disposition à payer qu'un cadrage économique de l'information. Enfin, le troisième article a testé des éléments du modèle d'acceptation de la technologie (TAM) qui a réussi à prédire les relations entre les variables de l'étude pour mieux comprendre l'acceptabilité de l'innovation derrière les produits alimentaires issus de la circularité en mettant un accent particulier sur l'importance de la perception de l'utilité de la technologie pour résoudre les problèmes liés au gaspillage aux yeux des consommateurs.

Environnementaliser le développement du pays sans changer significativement le rythme de la croissance économique et urbaine, tel est le pari engagé depuis 2006 par les autorités chinoises pour faire face à la pression croissante sur les milieux naturels et à la lourde dégradation environnementale engendrées par le développement accéléré. La Chine est probablement le seul pays au monde où la sobriété énergétique et environnementale dans la fourniture des services urbains essentiels (eau, assainissement, électricité, gaz, chaleur, gestion des déchets solides) est aussi vigoureusement recherchée dans des politiques d'économie circulaire et opérations de parcs éco-industriels et d'éco-cités dans le contexte d'un développement économique et urbain soutenu et prolongé. Sur la base d'une investigation menée à Shanghai, Suzhou et Tianjin, trois villes à la pointe des transformations en Chine, combinée à une étude du cadre national et de la situation globale du pays, la thèse vise à analyser la substance et les formes de l'environnementalisation des services urbains essentiels mise en œuvre en Chine. Notre recherche montre que les ambitieuses politiques chinoises d'environnementalisation des services essentiels se traduisent dans les villes par une amélioration partielle de la qualité environnementale de leur fourniture, alors que l'horizon de la sobriété et de l'économie circulaire demeure lointain. La prégnance de la fabrique urbaine développementaliste fait structurellement obstacle à l'émergence de systèmes techniques de réutilisation des ressources alternatifs aux réseaux conventionnels. La voie d'environnementalisation des services essentiels empruntée dans les villes chinoises reste trop techno-centrée et trop exogène à la planification urbaine pour que l'environnementalisation et en particulier la quête de sobriété soient plus substantielles. Sur le plan opérationnel, ces enseignements invitent, en Chine et au-delà du terrain chinois, à une intégration plus importante des questions liées à la fourniture des services essentiels dans la planification et l'aménagement des villes / Environmentalising the country's development without significantly changing the pace of economic and urban growth: such is the difficult challenge set since 2006 by the Chinese authorities to deal with the increasing pressure bearing on natural environment and major environmental damage caused by accelerated development. China is probably the only country in the world where a goal of energy and environmental sobriety in the provision of urban utilities (water, waste-water, electricity, gas, heating, waste management) is so vigorously sought in circular economy policies, more specifically in eco-industrial parks and eco-cities projects, in the context of a strong and extended economic and urban development. Based on an investigation conducted in Shanghai, Suzhou and Tianjin, three cities at the forefront of transformations in China, and combined with a study of the national framework and the overall situation in the country, the thesis aims to analyze the substance and the forms of the urban utilities' environmentlisation implemented in China. Our research shows that the ambitious Chinese policies of urban utilities' environmentalisation leads in the cities to a partial improvement in the environmental quality of their provision, while the horizon of sobriety and circular economy remains distant. The prevalence of the developmentalist urban fabric stands structurally in the way of the emergence of resources reuse-oriented alternative technical systems to conventional networks. The urban utilities' environmentalisation path taken in the Chinese cities is too technocentric and too exogenous to urban planning for the environmentalisation and especially the quest for sobriety to be more substantial. Operationally, these findings encourage a greater integration of utilities' provision issues in the planning and development of cities, both in China and beyond the Chinese context

Pour comprendre la gestion des déchets à Yaoundé, deux angles d’analyse ont été abordés. Il s’agit de la gestion linéaire basée sur les stratégies de collecte, de transport, de traitement, de mise en décharge des déchets et de la transition vers une économie circulaire. Le chevauchement des pouvoirs, les insuffisances organisationnelles, techniques et managériales à Yaoundé sont à l’origine d’inégalités environnementales et d’accès au service public de déchet. Ceci a engendré les risques et nuisances comme la prolifération des dépôts sauvages, les incinérations à ciel ouvert, les inondations et les pathologies liées aux déchets.Les limites de la gestion linéaire ont amené les pouvoirs publics à poser à partir de 1992 les bases d’un nouveau système basé sur le recyclage des déchets appelé aujourd’hui sous le vocable international économie circulaire. Celle-ci se développe sur le terrain à travers les filières formelles et informelles de récupération, de réparation, de réemploi/réutilisation, d’achat et de revente des déchets, de compostage et de recyclage. Cette stratégie gouvernementale, appuyée par les acteurs de la société civile et privés, se structure depuis 2010 par la création de nouvelles filières comme le projet de méthanisation à la décharge de Nkol Foulou, le recyclage des déchets d’équipements électriques et électroniques et l’adoption en 2012 d’un cadre juridique sur l’économie du déchet. L’activité de la réparation connait un dynamisme qu’il serait important de structurer. Mais la perception négative du déchet par les populations freine encore l’essor de ce domaine d’activités. D’où la nécessité de sensibiliser, d’informer et d’éduquer les yaoundéens afin d’améliorer la gestion des déchets. / In a bid to construe the issue of solid household waste management in Yaounde, two analytical frameworks were adopted. A linear management of waste based on strategies of collection, transportation, processing, dumping-ground for waste accumulation and a switch towards a circular economy. Since the overlapping of powers as well as the technical, management and organisational shortcomings stand originally as the root cause of environmental disparities, it hardly favours the public management of waste. This has entailed stakes and harm such as irregular dumping sites, open incineration, floods as well as waste related pathologies.Because of lapses in linear management, the authorities have decided to lay the foundations of a new system relying on the recycling of waste known internationally as “circular economy”. Circular economy is being developed in precise areas such as formal and informal recoveries, repair, reuse, buying and resale of waste, composting and recycling. Such a governmental strategy, supported by actors of the civil and private societies was concretised by the creation in 2010 of new sectors such as the project of methanisation in the dumping-ground of Nkol Foulou, the recycling of electrical and electronic equipment wastes. In addition, the adoption of a juridical framework of the waste economy followed in 2012. To sum up, it is evident that, as time goes by, the repairing activity is become so dynamic that there is a greater need to restructure it. However, people still have negative perception of waste that hinders the breakthrough of this area. Finally, it is compulsory to sensitize, inform and educate Yaounde city dwellers for the improvement of solid waste management in Cameroon.

La thèse explore les potentiels d’utilisation des terres de déblais comme matériau de construction et examine la pertinence d’une valorisation de cette ressource pour une construction soutenable dans le contexte français actuel avec un focus plus particulier sur la région parisienne. Elle s'articule autour d'une double question qui s’inscrit dans le cadre de la transition écologique des milieux habités : est-t-il pertinent de transformer les terres d’excavation générées par les chantiers des grands centres urbains en ressource pour l’architecture et quels potentiels offrent-elles pour la construction de la ville durable? La croissance des grandes villes entraine chaque année la production de millions de tonnes de terres de déblais qui sont issues des terrassements nécessaires à la construction de nouveaux immeubles ou extraites lors de la création d’infrastructures de transport (tunnels, gares, routes, …). À lui seul, le chantier du Grand Paris Express « devrait peser de 30 à 40 millions de tonnes » de terres d’excavation qui seront principalement acheminées par péniches en dehors de Paris pour être stockées ou enfouies dans des sites adaptés. Ce processus représente un coût financier, énergétique et écologique phénoménal et l’enfouissement d’une ressource pourtant potentiellement utilisable, d’où l’intérêt de s’interroger sur les possibilités d’utilisation de ces terres comme matériau de construction. Au commencement de cette thèse en 2015, peu de recherches et encore moins de pratiques portaient sur ce sujet. Or, dès les premières rencontres, les acteurs ont exprimés leur intérêt pour cette possible valorisation des terres de déblais comme ressource. Il était donc temps, d’une part, de faire le point sur les connaissances scientifiques concernant la matière terre, les pratiques actuelles en architecture de terre et les professionnels spécialistes de la construction en terre. D’autre part, il s’agissait de décrypter le contexte et le système des acteurs des terres d’excavation sur le territoire du Grand Paris. Enfin, la présence d’acteurs motivés sur le Grand Paris a facilité la réflexion prospective sur le potentiel d’utilisation de ces terres en architecture, y compris en ayant la possibilité d’en observer les premiers résultats concrets. / This thesis explores the potentials of using excavated earth as a building material and examines the relevance of a valorization of this resource for sustainable buildings in the actual French context with a more particular focus on the Parisian region. It is structured around a double question within the framework of the ecological transition of the inhabited environment: is it relevant to transform the excavated earth of the construction sites of major urban centers into a resource for architecture and which are the potentials for the construction of a sustainable city ?The growth of big cities is generating millions of tons of excavated earth yearly, issued from the necessary earthworks for the construction of new buildings or excavated during the creation of transport infrastructures (tunnels, railway stations, roads,…). On is own, the Grand Paris Express construction site « should generate 30 to 40 millions of tons »[1] of excavated earth that will be principally shipped by barges out of Paris to be stocked or buried in adapted sites. This process has a huge financial, energetical and ecological cost, and a potential usable resource is buried, hence the importance of the question on the possibilities of using this earth as a building material.At the beginning of this thesis in 2015, few researches and even less practices had been done on the subject. But, ever since the first meetings, the actors expressed their interest for the possible valorization of the excavated earth as a resource.On one hand, it was time to make an inventory of the scientific knowledges of the material earth, the current practices in earthen architecture and the professional earthen building specialists. On the other hand, it was necessary to decrypt the context and the system of actors around the excavated earth in the Grand Paris territory. Finally, the presence of motivated actors in the Grand Paris has facilitated the prospective reflection on the potential use of these earths in architecture including having the opportunity to observe the first concrete results.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la définition du paradigme de régénération issu des principes du développement durable et de l’économie circulaire. L’idée est de limiter l’épuisement des ressources de la sphère naturelle en exploitant les gisements de «déchets» de la sphère technique et en diminuant la production de déchets. La notion de régénération émerge d’une analogie entre la sphère naturelle et la sphère technique, et fait apparaitre les concepts de «nutriments» et de «décomposeurs». Le concept de nutriment permet de revisiter la fin de vie d’équipements domestiques ou industriels, en les voyant comme des nutriments techniques capables de nourrir certaines filières industrielles après transformation. Ces transformations sont opérées par des décomposeurs dans le milieu naturel, et des régénérateurs dans le milieu industriel. Quatre types de régénérateurs ont été définis. Pour chaque type de régénérateurs, des exigences sur le produit devant être satisfaites par les produits «déchets» sont identifiées afin d’assurer la régénération de ces produits. D’autres exigences ont été définies au niveau du processus de régénération pour spécifier les actions de régénération. Ces deux types d’exigences doivent être maintenus tout au long du cycle de vie du produit. La maintenance a été identifiée comme le processus fondamental pour surveiller et maintenir au travers du temps la capacité de régénération et ainsi prolonger la durée de vie des produits. Lorsque les régénérateurs mettent en place une stratégie de régénération, il est nécessaire d’évaluer sa faisabilité. Nous avons donc proposé un outil d’aide à la décision, en modélisant d’une part le comportement du produit au cours de son cycle de vie, ainsi que le comportement des régénérateurs, et d’autre part l’effet des exigences sur le produit et sur le processus. Les modèles choisis sont les System Dynamics qui permettent la modélisation et la simulation des interactions entre les variables d’un système complexe. Cet outil d’aide à la décision permet d’éprouver les propositions de la thèse, au tour d’un exemple de régénération d’un D3E / This thesis is dedicated to the regeneration paradigm from the principles of sustainable development and circular economy. The intention is to limit the exhaustion of natural resources and to reduce waste production through exploiting “waste” deposits of technosphere. The notion of regeneration emerges from an analogy between the natural and technical sphere. It brings to light the concepts of “nutrients” and “decomposers”. The nutrient concept enables to revisit the end of life of domestic or industrial equipment. These equipment are seen as technical nutrients that can feed industrial sectors. The regenerators, called decomposers in nature, are intermediates processors to process “waste” in technical nutrients. Four regenerators have been identified. For each regenerator, product requirements are identified to ensure the regeneration of “waste” product. Additional requirements have been defined in the regeneration process to specify regeneration actions. These two types of requirements must be maintained throughout the product lifecycle. Maintenance process has been identified as fundamental industrial process to monitor and maintain over time the regeneration capability of a product. When regenerators implement a regeneration strategy, it is necessary to assess its feasibility. That is why we proposed a decision- making tool by modeling the product’s behavior during its lifecycle and the regenerator’s behavior, and the effect of the requirements on the product and process. The selected models are System Dynamics. These models allow the modeling and simulation of interactions between the variables of a complex system. The decision-making tool allow test the proposals of this thesis through a regeneration example of an electronic waste

Ces travaux de thèse s’intéressent à une stratégie de fin de vie naissante : le repurposing. Nous le définissons comme un processus industriel par lequel des produits en fin d’usage sont réutilisés dans des applications distinctes. À la fin de leur premier usage, les produits sont réintégrés dans la chaine industrielle en vue d’une nouvelle utilisation dans une autre application. On parle également d’utilisations en cascade. Le but avoué est la conservation de la valeur-ajoutée des produits, aussi longtemps que possible. Cette stratégie s’inscrit aux côtés d’autres stratégies de réutilisation plus connues telles que le réemploi et le remanufacturing.L’illustration principale de la littérature, qui constitue également notre terrain d’étude, concerne les batteries au lithium. Utilisées initialement dans les véhicules électriques, elles sont aujourd’hui recyclées lorsque leurs capacités de stockage diminuent de 20 à 30%. Prolonger leur durée de vie par une seconde application, e.g. un usage stationnaire, permettrait de différer les étapes de recyclage tout en maximisant le maintien de la valeur ajoutée lors de la fabrication. Malgré ces avantages, les exemples de transformations de produits pour des applications en cascade restent à l’état de démonstrateurs, en particulier parce qu’aujourd’hui ces produits et leur chaine de valeur ne sont pas conçus avec des stratégies supportant leur réutilisation.L’objectif de ces travaux est d’apporter aux équipes de conception une vision claire de ce qu’est la stratégie de réutilisation en cascade, de comment l’intégrer lors des étapes amont du processus de conception et de guider l’évaluation environnementale correspondante, afin de les accompagner pour une réelle industrialisation des produits repurposés. En ce sens, nous émettons trois propositions.La première consiste en une classification des caractéristiques propres aux solutions en cascade selon trois axes : le produit, le processus de (re)fabrication et le modèle d’affaire envisagé. À travers ce cadre, nous décrivons les dimensions et les caractéristiques des offres de produits repurposés. Elles sont alors utilisables pour l’établissement de compromis dès les phases amont de conception. Celles-ci sont issues d’une étude bibliographique couplée à des études de terrain.Notre deuxième proposition concerne le processus de conception de tels produits. En effet, plusieurs spécificités sont à prendre en compte en comparaison d’une activité de conception classique : récupération du produit en fin d’usage, applications ultérieures pas ou peu définies, besoins flous, usage influençant les performances, etc. Une étape de conception pour les produits repurposés devra donc être intégrée en amont du processus de repurposing afin d’optimiser les solutions ultérieures. En complément, plusieurs recommandations pour la conception d’un produit repurposé sont formulées. Intégrées au plus tôt, elles visent à faciliter la réutilisation des produits en tenant compte des parties-prenantes, des phases du cycle de vie, des aspects temporels et en gérant mieux l’information.Enfin, un cadre générique structurant la réalisation d’analyses du cycle de vie de ces solutions est proposé. Les ACVistes pourront ainsi plus facilement tenir compte des spécificités de ces stratégies, car la complexité des modélisations ACV pour les produits aux applications en cascade nécessite davantage de rigueur et de précision que pour des produits à application unique. Pour supporter ce cadre, trois recommandations à destination des équipes de conception sont émises. Elles permettent la formalisation d'éléments de contexte pour améliorer la comparaison avec d’autres études et d’informations en vue des analyses de sensibilité.Ces trois propositions sont implémentées sur deux cas d’étude ‘batterie’, au cours de séances de travail regroupant des parties-prenantes de l’ensemble du cycle de vie : commanditaire, équipes de conception, logisticiens, recycleur, etc. / This PhD dissertation focuses on an innovative end-of-life strategy: repurposing. We define ‘repurposing’ as a manufacturing process through which products nearing their end-of-life are reused in different applications. At the end of their intended use, products are reintegrated into the manufacturing chain and adapted for their next application. We also refer to this strategy as cascading application reuse (CAR). The main purpose of CAR is the preservation of the added-value of such products. This strategy is in line with other reuse strategies such as direct reuse and remanufacturing.The central illustration in our case study addresses lithium-ion batteries used in electric vehicles, which are recycled when the battery’s charging capacity falls below 80%. Extending the component lifespan with a second application, e.g. stationary application, postpones introduction into the waste stream, retaining the added-value from the original manufacturing process. Despite these advantages, examples of product adaptation for CAR remain at a proof-of-concept scale - currently these products and their value chains are not yet designed with strategies supporting reuse.The objective of this research is to provide a clear vision to design teams about repurposing strategies, how to integrate the strategies during the upstream stages of the design process and how to facilitate the corresponding lifecycle assessment. The objective is to support designers during the manufacturing of repurposed products. We make three proposals.The first consists of classifying the characteristics specific to the repurposing strategy according to three axes: the product, the (re)manufacturing process and the business model. Through this framework, we describe the dimensions and characteristics of what the repurposed product offers, which are integral during the design activity. These attributes are the result of a study of the relevant literature coupled with several field investigations.Our second proposal concerns the design process for such products. Indeed, several differences with classical design practices appear: the need for product recovery at the end of use, subsequent applications and needs not fully defined, which affect performance, etc. A design stage for repurposed products must therefore be integrated before subsequent applications in order to optimise redesign solutions. Integrated as early as possible, they aim to facilitate product reuse by taking into account stakeholders, life cycle phases, time aspects and better information management.Finally, a generic framework structuring the carrying out of life cycle analyses of repurposing is proposed. This will simplify the inclusion of their specificities for life cycle assessments (LCA) practitioners. Indeed, the complexity of LCA modelling for cascading applications products requires more rigour and precision than single application products. To support this framework, three recommendations for design teams are made, the objective of which is to better formalise the information from the design process. These recommendations support the formalisation of contextual elements to improve comparison with other studies and the organisation of information for sensitivity analyses.These three proposals are implemented on two battery case studies, during working sessions involving stakeholders representing the complete life cycle: sponsor, design teams, logisticians, recycler, etc.

L'objectif de la thèse est d'étudier la valorisation des chars de biomasse. Dans ce contexte de transition énergétique, les biomasses sélectionnées sont les écales de sarrasin et de millet, assez pu étudiées jusqu'à maintenant, produites localement pour contribuer au développement de l'économie circulaire et qui ne compromettent pas une filière de valorisation connue. Dans ce travail, la valorisation matière est abordée à travers la réutilisation de ces résidus dans des procédés d'épuration catalytique de syngaz ou dépuration de biogaz pour lesquels les polluants sont respectivement les goudrons et le sulfure d'hydrogène. Des bilans énergétiques relatifs à la production de ces chars ont été établis et des indicateurs d'efficacité énergétiques ont été calculés. Pour ce faire, les chars ont été produits à 500 °C puis caractérisés par des analyses chimiques et physiques. Afin de leur conférer de meilleures propriétés poreuses nécessaires pour les applications d'épuration de gaz en lit fixe, des activations ont été réalisées à 850 °C avec du CO₂ ou de la vapeur d'eau. Les écales de sarrasin se révèlent être une biomasse assez classique et la particularité des écales de millet est de présenter des taux élevés en silicium. Si les chars de pyrolyse ont montré une efficacité faible dans l'épuration des gaz, l'activation leur ouvre de nouvelles potentialités, notamment pour les écales de sarrasin qui s'apparentent alors à des charbons actifs. Les chars des écales de sarrasin démontrent leur intérêt lorsqu'ils sont activés à la vapeur d'eau pour la purification du syngaz et ils conservent leur pouvoir calorifique (PCI) que permet d'envisager une valorisation énergétique par gazéification. Ces résultats montrent également qu'en fonction de la nature de la biomasse et du type d'activation, les objectifs de valorisation matière et énergie sont parfois incompatibles. / The aim of the thesis is to study the valorization of chars prepared from biomass wastes. In this context of energy transition, the selected biomasses are the buckwheat and millet husks since they are barely studied until now. In addition these wastes are produced locally, contribute to the developement of the circular economy and to not compromise a known value chain. In this word, material recovery is approcached through the reuse of these residues in syngaz and biogas cleaning processus in order to remove key pollutants such as tars and hydrogen sulfide, respectively. Energy balances form the prodution fo these chars have been established and energy efficiency indicators have been calculated. The chars were produced at 500 °C and then characterized by chemical and physical analysis. In order to provide them porous properties necessary for fixed-bed gas cleaning applications, activations were carried out at 850 °C with CO₂ or steam. Buckwheat husks turn out to be a fairly conventional biomass and the particularity of millet husks is to have high levels of silicon. If pyrolysis chars have shown a low efficiency in the purification of gases, activation opens up new potential for them, especially for materials from buckwheat husks, which are similar to activated carbons. When activated with steam these chars show interesting efficiency for the purification of syngas and they conserve their calorific value (LHV) which makes it possible to consider an energy recovery through gasification. Results from this study also show that depending on the nature of biomass and type of activation, the material valorization and energy recovery are sometimes incompatible.