L'urgence d'agir fait de plus en plus consensus sur l'ensemble de la planète face aux changements climatiques. En effet, les bâtiments engendrent chaque jour une importante quantité d'impacts dans l'environnement. À cet égard, l'enveloppe des bâtiments est un facteur primordial à prendre en considération dans la lutte contre les changements climatiques. Ce projet propose donc d'améliorer l'enveloppe au niveau de la toiture. Pour ce faire, l'objectif de cette étude est d'identifier le point de découplage entre les coûts et les bénéfices environnementaux des toitures végétalisées versus une toiture conventionnelle considérant un contexte de mix énergétique renouvelable et une région climatique nordique. Une analyse du cycle de vie comparative a été réalisé sur quatre assemblages de toitures, dont trois toitures végétalisées à savoir, extensive, semi-intensive et intensive et une toiture conventionnelle. Les toitures ont été étudiées sur les phases de production, de construction, d'utilisation et de fin de vie. Le logiciel EnergyPlusᵀᴹ a été utilisé pour quantifier la consommation d'énergie du bâtiment lors de la phase d'utilisation. Le transport entre chacune des phases a été pris en compte dans cette étude. Les données ont été collectées à partir de la base de données d'EcoInvent et ont été incorporées au logiciel SimaPro duquel les résultats ont été extraits. Les émissions CO₂ libérées par le bâtiment de référence avec chacune des toitures durant la phase d'utilisation et le taux de la séquestration carbone des végétaux plantés sur les toitures végétalisées ont été quantifier et intégrer dans une analyse du cycle de vie dynamique. Les résultats indiquent que l'écart des impacts environnementaux des changements climatiques accumulés à l'année 45 entre les toitures végétalisées extensive, semi-intensive et intensive versus la toiture conventionnelle est de -10,97%, -10,25% et -2,60%, respectivement. Ces résultats suggèrent que les systèmes de toitures végétalisées extensives et semi-intensives sont avantageuses par rapport à une toiture conventionnelle pour une durée de vie de 45 ans dans un contexte de climat froid. En ce qui concerne la toiture végétalisée intensive, elles ne sont ni avantageuses ni désavantageuses par rapport à une toiture conventionnelle. Ce projet fait progresser les connaissances concernant les apports environnementaux de la couverture végétale des toitures végétalisées dans un contexte climatique froid pour les futures constructions. / The urgency to act front climate change is becoming more and more unanimous around the world. Indeed, every day, a large amount of environmental impact is generated by buildings. In this regard, the building envelope is a key factor to consider mitigating climate change. This project proposes to improve the envelope building at the level of the roof. To do this, the aim of this study was therefore to identify the point of decoupling between the environmental cost and the environmental benefits of green roofs versus a conventional roof considering a context of renewable energy mix and a cold climate. A comparative life cycle assessment was performed in SimaPro where four roof assemblies were compared: three green roof systems, namely extensive, semi-intensive and intensive and a conventional roof. Roof assemblies were studied in the production, construction, use and end life phases. EnergyPlusᵀᴹ software was performed to quantify the building energy consumption during the use phase. Transportation between each phase, maintenance and carbon sequestration of the plants on the green roofs were also taken into account in this study. Data was collected from the EcoInvent database and was incorporated into the SimaPro software from which the results were extracted. The CO₂ emissions released by the reference building with each of the roofs during the use phase and the rate of carbon sequestration of the plants planted on the green roofs were quantified and integrated into a dynamic life cycle analysis. The results indicate that the difference in environmental impacts of climate change accumulated at year 45 between extensive, semi-intensive and intensive green roofs versus conventional roofing is -10.97%, -10.25% and -2.60%, respectively. These results suggest that extensive and semi-intensive green roof systems are advantageous over conventional roofing for a 45-year life span in a cold climate. As for the intensive green roof, they are neither advantageous nor disadvantageous compared to a conventional roof. This project advances knowledge regarding the environmental contributions of green roofing in a cold climate context for future constructions.

L'optimisation vise à trouver le meilleur compromis entre les différentes exigences contradictoires, telles que les performances, le coût et la durabilité. Toutefois, la conception des structures doit être placée dans un contexte incertain. Traditionnellement, les incertitudes sont considérées par l'application des coefficients partiels de sécurité. Cependant, l'utilisation de ces coefficients ne garantit pas une conception optimale pour le niveau de fiabilité souhaité. L'optimisation fiabiliste est développée pour établir le meilleur compromis entre la réduction des coûts et l'assurance de la fiabilité, par la considération des incertitudes. Dans ce mémoire, une nouvelle approche de l'optimisation fiabiliste est proposée afin de tenir compte de l'interaction des différents modes de défaillance et de l'évolution de la fiabilité en fonction de l'âge de la structure. La meilleure solution est recherché par la minimisation de la fonction du coût total contenant les coûts de maintenance.

Le phénomène d'incertitude, dont les sources sont variées, est rencontré dans plusieurs domaines et on devrait y faire face. Cette incertitude est due essentiellement à notre incapacité à prédire avec exactitude le comportement futur d'une partie ou de la totalité d'un système. Dans les dernières décades, plusieurs techniques mathématiques ont été développées pour maitriser cette incertitude, afin de réduire son impact négatif, et par conséquent, l'impact négatif de notre méconnaissance. <br />Dans le domaine du « Supply Chain Management » la source principale d'incertitude est la demande future. Cette demande est, en général, modélisé par des lois de probabilité paramétrées en utilisant des techniques de prévision. L'impact de l'incertitude de la demande sur les performances de la « Supply Chain » est important: par exemple, le taux mondial de rupture de stock, dans l'industrie de distribution était en 2007 de 8.3%. De l'autre côté, le taux mondial de produits invendus, dans la grande distribution, était en 2003 de 1%. Ces deux types de coûts, qui sont dus essentiellement à l'incertitude de la demande, représentent des pertes significatives pour les différents acteurs de la « Supply Chain ».<br />Dans cette thèse, on s'intéresse au développement de modèles mathématiques de planification de production et de gestion de stock, qui prennent en compte ce phénomène d'incertitude sur la demande, essentiellement pour de produits à courte durée de vie. On propose plusieurs modèles de planification de production, à petit horizon de planification, qui prennent en compte les différents aspects de notre problématique, tels que les capacités de production, la remise à jour des prévisions de la demande, les options de réservation de capacité, et les options de retour « Payback » des produits. On souligne, dans ces modèles, un aspect important qui prend de l'ampleur à cause de la mondialisation, et qui est lié à la différence entre les coûts de production des différents fournisseurs. On propose à la fin de la thèse, un modèle généralisé qui pourrait être appliqué à des produits à longue durée de vie, et qui exploite quelques résultats obtenus pour les produits à courte durée de vie. Tous ces modèles sont résolus analytiquement ou bien numériquement en utilisant la programmation dynamique stochastique.

Ce mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches, propose des réflexions sur l'Analyse de Cycle de Vie comme méthode systémique, destinée à quantifier, analyser et agir sur les interactions entre la technosphère (sphère des activités technologiques) et l'envirosphère (définie comme la sphère des phénomène naturels non organisés par l'Homme). Le présent mémoire retrace un cheminement de recherche autour de l'Analyse de Cycle de Vie appliquée aux objets du génie civil, en replaçant le cadre méthodologique dans son contexte plus général d'approche systémique. Des réflexions issues de ces recherches portent sur la notion d'utilité de l'ACV pour la décision, et de ses relations avec le concept du développement durable.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Sous nos latitudes, l’usage des bâtiments existants et les consommations énergétiques associées (chauffage, climatisation, ventilation, eau chaude sanitaire, éclairage et autres usages) sont responsables d’impacts considérables sur l’Environnement. De plus, le renouvellement du parc existant étant inférieur à 1% par an, dans la plupart des pays développés, la réhabilitation des bâtiments constitue un levier majeur de réduction des consommations d’énergie et des émissions de gaz à effet de serre. Cependant, l’identification de stratégies optimales de réhabilitation énergétique, incluant la planification des actions dans le temps, demeure une problématique complexe pour les acteurs de la Construction. Ces travaux de thèse visent à produire des connaissances afin de contribuer à l’aide à la décision pour l’identification de programmes efficaces de réhabilitation énergétique, à partir de méthodes d’optimisation multicritères. Les solutions (programmes séquentiels de réhabilitation énergétique) sont optimisées en termes de composition et de phasage. La composition est définie par la combinaison de mesures de réhabilitation mise en oeuvre. Celles-ci concernent l’enveloppe des bâtiments (isolation thermique, remplacement des fenêtres, surfaces de fenêtres) et le remplacement des équipements de chauffage, ventilation et production d’ECS. Pour chacune des mesures, plusieurs alternatives sont envisagées. Le phasage correspond à la permutation de ces mesures, définissant la séquence de mise en oeuvre. Les solutions sont évaluées sur une base multicritère et sur le cycle de vie. Les fonctions objectifs ciblent les impacts environnementaux de l’ACV (Analyse de Cycle de Vie), des indicateurs économiques, le bien-être des occupants par le confort thermique adaptatif en été. Des modèles d’ACV et d’analyse du coût du cycle de vie, utilisant la simulation thermique dynamique pour le calcul des besoins de chauffage et des températures intérieures, ont été développés pour l’évaluation des performances des solutions. Etant donnée la nature mathématique du problème (multicritère, combinatoire, à variables discrètes et à fonctions objectifs implicites non-linéaires), deux méthodes d’optimisation multicritères sont étudiées : les algorithmes génétiques (NSGA II) et la programmation dynamique. Dans l’approche génétique, la modélisation des solutions, sous la forme d’un couple de chromosomes, permet d’identifier des programmes séquentiels efficaces de réhabilitation énergétique et d’analyser les surfaces de compromis, en termes de définition et performances des solutions, de compromis entre les critères de décision. A partir de la représentation du problème par un graphe séquentiel, la programmation dynamique permet alors de comparer les solutions approchées issues de l’algorithme génétique, ou d’approches court-termistes, au front de Pareto exact. L’optimisation exacte a également été exploitée pour analyser la sensibilité des solutions à différents paramètres de modélisation dont le comportement des occupants, l’évolution des prix de l’énergie, la durée de vie des composants de réhabilitation. Les contraintes budgétaires s’appliquant au projet de réhabilitation ont été ensuite intégrées dans un algorithme génétique multicritère sous contraintes, adapté à l’étude des stratégies de réhabilitation sous la contrainte d’un plan de financement. Enfin, l’approche génétique a été étendue depuis l’échelle du bâtiment à celle du par cet l’optimisation exacte a été utilisée pour caractériser les typologies de bâtiment en réhabilitation. L’intérêt des différentes méthodes est illustré sur une étude de cas (…) / Under our latitudes, existing buildings energy consumptions, related to heating, cooling, ventilation, domestic hot water (DHW), lighting and other uses, are responsible for significant environmental burdens. Moreover, existing buildings annual replacement rate being lower than 1%, in most developed countries, existing stock retrofit represents a major lever to reach commitments on climate change and non-renewable energy consumption mitigation. However, the identification of optimal sustainable retrofit programs, including actions planning over a time period, is still a difficult task for professionals.This thesis aims at producing knowledge in order to contribute to decision support for efficient energy retrofit programs identification, through the application of different multi-criteria optimization techniques. The solutions (sequential building energy retrofit programs) are optimized both on their content and planning. The content refers to the combination of retrofit measures considered. These address holistically building envelopes (thermal insulation, windows replacement, window to wall ratios), and the replacement of equipment for ventilation, heating and DHW production. For each of these measures, various options are considered. The planning corresponds to the permutation of these measures, defining a time sequence for implementation. The solutions are evaluated on a multi-criteria and life cycle basis. The objective functions considered target environmental impacts evaluated using LCA (Life Cycle Assessment), some financial indicators and occupants' well-being through thermal comfort in summer. Life cycle assessment and life cycle cost models, using building dynamic thermal simulation for heating load and thermal comfort evaluation, are implemented to assess solutions performances.Considering the problem mathematical nature (multi-criteria, combinatorial, discrete variables, implicit non-linear objective functions), two suitable multi-criteria optimization techniques have been studied: multi-criteria genetic algorithm (NSGA-II) and dynamic programming. In the genetic approach, the modelling of each solution by a pair of chromosomes allowed to identify efficient sequential energy retrofit programs and analyse Pareto compromise surfaces, in terms of solutions features, performances and relationships in between criteria. Then, the representation of the problem on a sequential graph enabled us to apply dynamic programming, to compare both the genetic approximate solutions, and the results of some short- term approaches to the exact Pareto frontier. The search for exact solutions also been exploited to perform sensitivity analysis on different modelling parameters such as heating temperature setting, energy prices evolution or materials lifespan. Real life budget constraints have been incorporated to build a constrained multi-criteria genetic optimisation method, suitable to study retrofit strategies under financing plans. At the end, the genetic approach has been extended from building scale to stock scale and exact optimization has been used to characterize building types in terms of energy retrofit.The benefits of these methods have been illustrated on case studies. Knowledge has been produced in terms of multi criteria optimization methodology, applied to sequential energy retrofit, and understanding of building stocks evolution. These developments contribute to decision aiding; providing decision makers with efficient energy retrofit strategies and a description of the comprise surface, at the building or building stock scale, on a multi- criteria basis, over life cycle

L’analyse de cycle de vie (ACV), telle qu’elle est pratiquée aujourd’hui, peut conduire à des résultats biaisés. L’utilisation de cet outil s’avère particulièrement sensible dans des cadres réglementaires. En effet, au lieu d’inciter les entreprises à réduire leurs impacts sur l’environnement, les certifications obtenues à partir des ACV risquent de produire un effet contraire : comme elles tendent à récompenser des moyennes industrielles plutôt que les résultats propres aux entreprises, elles peuvent détruire toute incitation pour ces dernières à agir correctement sur le plan environnemental. Dans cette thèse nous proposons des éléments de réflexion en matière de gestion pouvant être utiles à l’évolution de l’ACV à partir d’une étude de cas sur l’évaluation de la soutenabilité d’une filière biodiesel issu d’huile de palme brésilienne dans le cadre de la Directive EnR. Trois principaux résultats émergent de ce travail doctoral. Le premier se rapporte à la réflexion que nous menons sur l’évaluation de la durabilité imposée par la Directive EnR. Le deuxième renvoie aux réponses concrètes sur l’évaluation de la filière biodiesel évaluée à l’égard de la Directive, notamment par rapport aux émissions de gaz à effet de serre. Le troisième résultat concerne l’identification des besoins latents en matière d’évaluation de qualité des données d’ACV / Life cycle analysis (LCA), as it is currently applied, can lead to biased results. The use of LCA information is particularly sensitive when taken in the context of government regulatory frameworks. Indeed, instead of encouraging companies to reduce their impact on the environment, certifications obtained through LCA studies may produce the opposite effect: as they tend to reward industry averages rather than enterprise-specific results they can destroy all incentive for companies to reduce their environmental impacts. In this thesis we propose an in-depth analysis of management aspects in LCA and discuss how they could contribute to produce good quality LCA studies. For this, a case study was conducted on the sustainability evaluation of a biodiesel produced from Brazilian palm oil within the framework of the Renewable Energy Directive (RED). Three main findings emerge from this doctoral work. The first refers to the analysis of the sustainability evaluation required by RED with a particular emphasis on its application to the Brazilian context of palm oil production. The second refers to the concrete answers produced from the biodiesel evaluated, particularly with respect to greenhouse gas emissions. The third result concerns the identification of latent needs in terms of LCA data quality assessment

Les travaux présentés dans cette thèse s’inscrivent dans une problématique d’amélioration continue appliquée aux produits et aux processus industriels, par la mise en place d’un système de Retour d’Expérience (REx) couplé au système PLM (Product Lifecycle Management) de gestion du cycle de vie du produit. Les développements, menés dans le cadre d’un partenarial industriel, ciblent l’établissement d’une solution de valorisation du patrimoine immatériel de l’entreprise, constitué des expériences et des connaissances détenues par les experts métier. L’objectif visé est d’assurer la pérennisation de cette expertise, la prévention et la limitation des erreurs et l’application de bonnes pratiques dans une démarche générale d’amélioration des produits et des processus. La solution est portée par la mise en place d’un système REx appliqué aux connaissances tacites et explicites impliquées dans les activités techniques de l'entreprise et visant à capitaliser au fur et à mesure les informations métier, porteuses de sens. L’intégration du REx au système PLM permet de lever une part des difficultés d’appropriation par les experts métier, utilisateurs du système REx. L’ancrage de ce REx aux méthodes de résolution de problèmes (PSM, Problem Solving Methods) induit une instrumentation tout à fait performante pour l’acquisition des connaissances tacites issues d’événements négatifs. L’extension aux processus d’évolution des Normes Techniques qui formalisent les règles métier de l’entreprise permet leur évolution vers des connaissances explicites. Le caractère non intrusif du système REx dans son utilisation est assuré par un couplage étroit au processus de Gestion des Modifications du PLM, la capitalisation des informations étant naturellement induite par la démarche mise en œuvre dans ce processus. Au final, le système REx proposé et instrumenté dans l’outil PLM permet, en différentes étapes, de capitaliser, de traiter puis d’exploiter dans des formes performantes le patrimoine immatériel mis en exergue au cours des expériences de résolution de problèmes produit ou processus. / The work presented in this thesis considers continuous improvement issues which are applied to industrial products and processes through the implementation of a Lesson Learned System (LLS) coupled with the Company's Product Lifecycle Management (PLM) system. As an industrial partnership, these developments aim to increase the value of the intangible assets of the business including the business agent’s experiences and knowledge. In order to ensure the sustainability of expertise, to prevent errors and to encourage the application of good practices, all within a general approach of product improvement. The solution relies on the implementation of the LLS process which is applied to tacit and explicit knowledge related to the technical activities of the company. The integration of the LLS and PLM Systems removes some of the difficulties of ownership of business agents. The implementation of LLS and Problem Solving Methods (PSM) infers an efficient instrumentation for the acquisition of tacit knowledge. The extension of the evolution processes of technical documents that formalise the techincal business rules allows its evolution towards explicit knowledge. Using non-intrusive LLS is provided by close coupling with the process of Change Management (CM) where information capitalisation is naturally led by the approach implemented in this processes. Finally, the proposed and instrumented LLS in the PLM tool allows to efficiently capitalise, process, and exploit the intangible capital of the company (information and knowledge) highlighted during the modification experiments of product data.

En France, 13 millions de personnes sont concernées par l’assainissement non collectif (ANC). Un système d’ANC est composé d’un prétraitement, en général une fosse toutes eaux, suivi d’un système de traitement. Les récentes évolutions réglementaires ouvrent un éventail de possibilités quant aux systèmes de traitement possibles pour traiter les eaux usées. L’objectif de ce travail de thèse est de développer un système de traitement des eaux usées à partir de biomasse végétale issue de déchets de l’agriculture. Un suivi analytique de six habitations individuelles a permis l’étude des caractéristiques des eaux usées avant et après leur entrée dans le système de prétraitement. Ces eaux sont caractérisées par une grande variabilité d’une famille à une autre ainsi qu’au sein d’une même habitation. La charge organique par habitant à traiter est en moyenne de 60 gDBO5.j-1 pour un volume d’eau rejeté de 90 L.j-1, soit des effluents deux fois plus concentrés que ce qu’indique la réglementation. Le dimensionnement et le suivi d’un pilote à l’échelle laboratoire ont permis d’évaluer la potentialité de plusieurs milieux végétaux pour le traitement des eaux usées prétraitées. Ils sont comparés à un milieu de référence ayant une efficacité prouvée en traitement des eaux. L’étude des performances épuratoires, pour deux charges volumiques différentes, des différents milieux a été réalisée sur quarante semaines. Cette étude a permis l’élaboration et la mise en place d’un pilote in situ à l’échelle de la maison individuelle. La démarche de l’analyse de cycle de vie a été appliquée au pilote in situ dans le but d’optimiser le procédé mis en place. De plus, l’ACV a permis d’effectuer une comparaison avec différents procédés existants. / In France, 13 million people are concerned by on-site wastewater treatment (OSWWT). An OSWWT system consists of pretreatment, usually a septic tank, followed by a treatment system. Recent regulatory developments open up a range of possibilities as to possible treatment systems for wastewater treatment. The objective of this thesis is to develop a system of wastewater treatment based on plant biomass from waste of agriculture. Analytical monitoring of six individual houses allowed the study of the characteristics of the wastewater before and after their entry into the pretreatment system. Waters are characterized by a wide variability from one family to another and from the same house. The organic load per person is treating an average of 60 gDBO5.j-1 for a volume of water discharged 90 L.j-1, that to say effluent two times more concentrated than indicated by the regulations. The design and monitoring of a pilot scale laboratory were used to evaluate the potential of several plant biomass for the treatment of pretreated wastewater. They are compared to a reference medium with proven effectiveness in water treatment. The study of treatment performance for two different volume loads of different backgrounds was performed during forty weeks. This study resulted in the development and implementation of a pilot in situ for single house. The approach of life cycle analysis has been applied to in situ pilot in order to optimize the process in place. In addition, LCA has to make a comparison with different existing OSWWT.

En intégrant le cycle de vie d'un bien dans son processus de développement, l'éco-conception permet d'améliorer la performance environnementale de ce futur produit. La combinaison, dans cette thèse, des notions de la conception centrée utilisateur et de la pensée cycle de vie, permet de proposer une méthode pour l'intégration de la phase d'utilisation en éco-conception. La méthode repose sur la proposition de nouveaux modèles pour représenter l'utilisation adaptés aux spécificités de l'éco-conception. A partir du modèle de produit, un modèle de la phase d'utilisation, connectée aux phases de distribution et de fin de vie, permet d'associer l'utilisation du produit à son cycle de vie complet. Le modèle de contexte permet de positionner la performance environnementale du produit en utilisation par rapport à des paramètres associés à l'utilisateur et à l'environnement d'utilisation. L'évaluation environnementale du scénario d'utilisation regroupant tous ces modèles permet d'adapter les stratégies d'amélioration de la méthode à l'utilisation d'un produit en conception. Une application de la démarche à la re-conception d'un réfrigérateur pour la France et le Brésil permet d'illustrer le fonctionnement de la méthode. / By integrating product life cycle into the developement process, ecodesign enables the environnemental improvement of the product to be. The combination of user centred design proposition and life cycle thinking allows us to propose a method for use phase integration in ecodesign. This method is built on new models to represent product use that are compatible with ecodesign specificity. Based on the product model, the use phase model, which is connected to the distribution and end-of-life phases, facilitates the attachment of product use to the complete life cycle. Context model aims at possitionning the product use environmental performance according to influencing parameters related to the user and it environment. Environmental assessment is made based on the use scenario, a combination of the three previous models. This assessment enables to adapt the improvements strategies to the specificity of a product use phase. A case study has been perform to illustrate the capability of the new proposal to ecodesign a refrigerator for Brazil and for France.