L'industrie microélectronique est engagée depuis longtemps dans des mesures visant à réduire ses impacts sur l'environnement, et ce sur toutes les phases du cycle de vie de ses produits. Sur les sites de fabrication, la suite logique à la mise en place de système de traitement des pollutions est l'anticipation de ces dernières. L'éco-conception des technologies microélectroniques, c'est-à-dire l'intégration de paramètres environnementaux dans leur processus de développement, permet de répondre à cet objectif. Notre travail de recherche a pour but de caractériser environnementalement les procédés de fabrication microélectronique afin de proposer des outils et méthodes pour leurs concepteurs. Nous avons donc modélisé une technologie microélectronique, et associé des impacts environnementaux aux flux entrants et sortants. Cela nous a permis de proposer des indicateurs environnementaux destinés à la R&D et adaptés à un site de développement et de production microélectronique. / The microelectronic industry has been engaged for a long time in measures to reduce its impacts on the environment, regarding all the life cycle phases of its products. For the manufacturing sites, the logical follow-ups to the implementation of pollutions treatment systems are their anticipation. The eco-design of microelectronic technologies, that is the integration of environmental parameters in their development process, enables to meet this objective. The aim of our research work is to environmentally characterize the microelectronic manufacturing processes to propose tools and methods for their designers. Therefore, we modeled a microelectronic technology, and we matched environmental impacts with its inputs and outputs. This allows us to suggest environmental indicators for the R&D, which are adapted to a microelectronic development and manufacturing site.

Face à l’émergence des problématiques environnementales issues des activités humaines, l’écoconception s’attache à offrir une réponse satisfaisante dans le domaine de la conception de produits et services. Cependant, lorsque les produits considérés deviennent des systèmes industriels complexes, caractérisés entre autres par un grand nombre de composants et sous-systèmes, un cycle de vie extrêmement long et incertain, ou des interactions complexes avec leur environnement géographique et industriel, un manque évident de méthodologies et d’outils se fait ressentir. Ce changement d’échelle apporte en effet des contraintes différentes aussi bien dans l’évaluation des impacts environnementaux générés au cours du cycle de vie du système (gestion et qualité des données, niveau de détail de l’étude par rapport aux ressources disponibles…) que dans l’identification de réponses adaptées (gestion de la multidisciplinarité et des ressources disponibles, formation des acteurs, inclusion dans un contexte de R&D très amont…). Cette thèse vise donc à développer une méthodologie de mise en œuvre d’une démarche d’éco-conception de systèmes industriels complexes. Une méthodologie générale est tout d’abord proposée, basée sur un processus DMAIC (Define, Measure, Analyse, Improve, Control). Cette méthodologie permet de définir de manière formalisée le cadre de la démarche (objectifs, ressources, périmètre, phasage…) et d’accompagner rigoureusement l’approche d’écoconception sur le système considéré. Une première étape d’évaluation environnementale basée sur l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) à haut niveau systémique est ainsi réalisée. Etant donnée la complexité du cycle de vie considéré et la variabilité d’exploitation d’un système industriel d’un site à l’autre, une approche par scénario est proposée afin d’appréhender rapidement l’étendue possible des impacts environnementaux. Les scénarios d’exploitation sont définis à l’aide de la matrice SRI (Stranford Research Institute) et intègrent de nombreux éléments rarement abordés en ACV, comme la maintenance préventive et corrective, la mise à niveau des sous-systèmes ou encore la modulation de la durée de vie du système en fonction du contexte économique. A l’issue de cette ACV les principaux postes impactants du cycle de vie du système sont connus et permettent d’entreprendre la seconde partie de la démarche d’éco-conception centrée sur l’amélioration environnementale. Un groupe de travail multidisciplinaire est réuni lors d’une séance de créativité centrée autour de la roue de la stratégie d’éco-conception (ou roue de Brezet), un outil d’éco-innovation peu consommateur de ressources et ne nécessitant qu’une faible expertise environnementale. Les idées générées en créativité sont alors traitées par trois filtres successifs, qui permettent : (1) de présélectionner les meilleurs projets et de les approfondir ; (2) de constituer un portefeuille de projets de R&D par une approche multicritère évaluant leur performance environnementale, mais également technique, économique et de création de valeurs pour les clients ; (3) de contrôler l’équilibre du portefeuille constitué en fonction de la stratégie de l’entreprise et de la diversité des projets considérés (aspects court/moyen/long terme, niveau systémique considéré…). L’ensemble des travaux a été appliqué et validé chez Alstom Grid sur des sous-stations de conversion électrique utilisées dans l’industrie de l’aluminium primaire. Le déploiement de la méthodologie a permis d’initier une démarche solide d’écoconception reconnue par l’entreprise et de générer au final un portefeuille de 9 projets de R&D écoinnovants qui seront mis en œuvre dans les prochains mois. / Face to the growing awareness of environmental concerns issued from human activities, eco-design aims at offering a satisfying answer in the products and services development field. However when the considered products become complex industrial systems, there is a lack of adapted methodologies and tools. These systems are among others characterised by a large number of components and subsystems, an extremely long and uncertain life cycle, or complex interactions with their geographical and industrial environment. This change of scale actually brings different constraints, as well in the evaluation of environmental impacts generated all along the system life cycle (data management and quality, detail level according to available resources…) as in the identification of adapted answers (management of multidisciplinary aspects and available resources, players training, inclusion in an upstream R&D context…). So this dissertation aims at developing a methodology to implement ecodesign of complex industrial systems. A general methodology is first proposed, based on a DMAIC process (Define, Measure, Analyse, Improve, Control). This methodology allows defining in a structured way the framework (objectives, resources, perimeter, phasing…) and rigorously supporting the ecodesign approach applied on the system. A first step of environmental evaluation based on Life-Cycle Assessment (LCA) is thus performed at a high systemic level. Given the complexity of the system life cycle as well as the exploitation variability that may exist from one site to another, a scenario-based approach is proposed to quickly consider the space of possible environmental impacts. Scenarios of exploitation are defined thanks to the SRI (Stanford Research Institute) matrix and they include numerous elements that are rarely considered in LCA, like preventive and corrective maintenance, subsystems upgrading or lifetime modulation according to the economic context. At the conclusion of this LCA the main impacting elements of the system life cycle are known and they permit to initiate the second step of the eco-design approach centred on environmental improvement. A multidisciplinary working group perform a creativity session centred on the eco-design strategy wheel (or Brezet wheel), a resource-efficient eco-innovation tool that requires only a basic environmental knowledge. Ideas generated during creativity are then analysed through three successive filters allowing: (1) to pre-select and to refine the best projects; (2) to build a R&D projects portfolio thanks to a multi-criteria approach assessing not only their environmental performance, but also their technical, economic and customers’ value creation performance; (3) to control the portfolio balance according to the company strategy and the projects diversity (short/middle/long term aspect, systemic level…). All this work was applied and validated at Alstom Grid on electrical conversion substations used in the primary aluminium industry. The methodology deployment has allowed initiating a robust eco-design approach recognized by the company and finally generating a portfolio composed of 9 eco-innovative R&D projects that will be started in the coming months.

Nos recherches ont permis de définir une méthode originale permettant d'identifier les points faibles de recyclabilité d'un produit dès sa conception, en vue de l'amélioration de ses performances, et ce dans un contexte de non maîtrise des filières de valorisation. Notre proposition consiste en la construction d'indicateurs multicritères de recyclabilité, témoins de l'adéquation du produit avec le système de valorisation. Une modélisation du système à partir de la combinaison des modélisations de procédés élémentaires est proposée. La recyclabilité est évaluée pour différents scénarii de valorisation, y compris prospectifs. Une méthode d'identification des points faibles du produit à partir de l'évaluation mène à la formulation de voies d'amélioration de conception.L'application de la méthode à des produits électroniques conduit à la formulation de règles concrètes d'amélioration et souligne la richesse de la méthode. L'intégration optimisée de méthode en entreprise est enfin explorée.

Le présent travail concerne le développement d'une méthode d'éco-conception pour la création de produits impliquant des indicateurs environnementaux pour l’aide à la prise de décision au stade de la conception conceptuelle. La méthode proposée s’appuie sur la définition et la génération d’un TRIPLET, c’est-à-dire une relation cohérente entre matériaux, procédés et formes. Une taxonomie de formes caractérise les différentes formes réalisables par les procédés de fabrication. Un tableau de description du concept (DCT) regroupe certaines dimensions globales de la pièce imaginée ainsi que les procédés d’enlèvement de matière de finition venant s’additionner au procédé de base sélectionné. Un indicateur environnemental basé sur la base RECIPE et adapté à la méthode peut être alors évalué. La démarche d’aide à la conception conçue intègre deux approches, déductive et inductive basées sur l'expérience du concepteur. Le DCT comprend le choix d’un solide de base qui suggère, à partir des surfaces fonctionnelles définies dans la démarche, une réflexion vers une esquisse du concept de pièce. Les différents concepts élaborés sont hiérarchisés à partir d’une aide à la décision multicritère basée sur l’indicateur environnemental, sur un coût de fabrication, sur un indice de performance et sur un indice de combinaison obtenu par logique floue. La démarche s’appuie sur une base de données lié aux connaissances requises et sur un outil logiciel « ECOTRIAL ». Une application de reconception d’une pièce de liaison clôt la thèse et montre l’applicabilité de la méthode proposée. / The development of an eco-design method to create products involving environmental indicators to aid decision making at the stage of conceptual design, can be found in the present work. The proposed method is based on the definition and generation of a TRIPLET: a consistent relationship between materials, processes and forms. A taxonomy of shapes characterizes different shapes achievable by the manufacturing processes. A Description of Concept (DCT) includes some overall dimensions of the piece conceived and the finishing and material removal processes. An environmental indicator based on RECIPE database and adapted to the method to be able to evaluate the environmental impact. The aid integrates two approaches, deductive and inductive based on the experience of the designer. The DCT includes choosing a solid base that suggests, based on the functional surfaces defined in the process, a reflection towards a sketch of the piece concept. The different concepts developed are ranked from a multiple-criteria decision analysis based on the environmental indicator, a manufacturing cost, a performance index and a combination index obtained by fuzzy logic. The process is supported on a database linked to the required knowledge and the software tool "ECOTRIAL". A redesign application concludes the thesis and demonstrates the applicability of the proposed method.

Ces dernières années, les législations dans le domaine du textile et de l’environnement se sont multipliées. Au niveau européen, les directive IPPC , REACH, ont obligé les industriels Européens à prendre en compte les aspects environnementaux de leurs produits et services. En France, suite au Grenelle de l’environnement, de nouvelles obligations apparaissent concernant les déchets textiles ou l’affichage environnemental (Grenelle environnement 2011). Parallèlement, une prise de conscience internationale de la nécessité de concevoir des produits limitant l’utilisation de ressources non renouvelables et diminuant leur impact environnemental, est apparue. L’éco conception implique la mise en oeuvre de nouvelles matières et de nouveaux procédés. L’ACV, analyse du cycle de vie est un outil qui permet l’évaluation des impacts environnementaux. Cette thèse a été lancée par Bureau Veritas CODDE et le laboratoire GEMTEX, suite à l’identification d’un besoin significatif de développement de données et méthodologies ACV pour le secteur du textile. En effet, les méthodologies et les outils existants ne sont pas adaptés à l’évaluation de l’impact environnemental des produits textiles car le secteur présente des caractéristiques spécifiques contraignantes. Ces outils doivent permettre autant aux concepteurs, qu’aux fabricants et distributeurs de réaliser des ACV à des niveaux de granulométrie différents. / In recent years, the European textile industry and textiles imports have had to comply with an increasing number of environmental policies. Emissions from industrial installations have been subject to EU-wide legislation for over 10 years: the IPPC Directive, the European Pollutant Release and Transfer Register (E-PRTR)… Since 2007, European textile producers also have to comply with a substantial number of obligations under REACH. Furthermore, in France environmental labelling for certain convenience goods (including textile products) might become mandatory in 2020. In parallel, national awareness appeared on the necessity of designing consumer products with limited use of natural resources and decreased the environmental impacts. Eco-design involves the implementation of new materials and new processes. Life Cycle Assessment, LCA, is a tool that enables the assessment of environmental impacts. This thesis was initiated by Bureau Veritas CODDE Company and the GEMTEX laboratory, following on the identification of a significant need for the development of LCA data and methods in the textile sector. This is because the existing methods and tools are not suitable for the environmental impact assessment of textile products since the textile sector presents specific constraining characteristics. These tools should enable designers, manufacturers and retailers to perform LCA on their products.

Face aux enjeux environnementaux actuels, s’investir dans les énergies renouvelables au nom de la « transition énergétique » est l’alternative la plus adoptée par de nombreux pays. Les énergies renouvelables, en particulier l’énergie photovoltaïque, sont ainsi devenues des secteurs concurrentiels innovants en pleine expansion. Dans ce contexte, il est donc nécessaire de s'assurer que les nouvelles technologies PV, qui sont complexes et issues de plusieurs étapes de fabrication, répondent aux critères d'un produit peu impactant pour l’environnement, dénommé ici éco-conçu. L’état de l’art sur l’éco-conception montre que la prise en compte des contraintes environnementales dans les projets de R&D à échelle TRL « Technology Readiness Level » bas est encore un phénomène émergent, pour les raisons suivantes : d’une part l’évaluation de l’impact environnemental est relativement complexe pour une technologie non mature en cours de développement (TRL bas) ; ses caractéristiques et procédés de fabrication n’étant pas encore tous connus ; d’autre part les outils identifiés présentent plusieurs écueils qui limitent leur intégration dans les organismes PV de R&D.Ce travail de recherche vise donc à développer une méthodologie pour permettre l’intégration pérenne de l’éco-conception dans les organismes de R&D, pour accompagner leurs partenaires industriels dans leur effort d’innovation et de compétitivité.La méthode développée est ainsi basée sur le principe d’estimation des taux d’évolutions techniques, économiques et environnementales d’une nouvelle technologie (TRL bas) par l’intermédiaire d’une base de données de référence. La construction de cette dernière s’appuie sur l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) comme outil de pilotage pour fournir des résultats fiables, malgré le faible niveau TRL.Pour intégrer de façon pérenne cette approche au sein des organismes de R&D, la méthode développée a été implémentée dans un outil informatique « ECO PV » dédié aux systèmes PV en silicium cristallin, qui constituent plus de 90% du marché PV actuel. Basé sur le principe de démocratisation des connaissances environnementales et de la capitalisation des informations, cet outil est accessible non seulement aux experts en ACV mais aussi à l’ensemble des ingénieurs du domaine PV.Ce travail de recherche a enfin permis d’une part de générer des premiers résultats à la fois fiables, simples et quantifiés, et de développer une méthodologie d’éco-conception pour orienter les choix technologiques des projets dans les phases amont de R&D, afin de développer des systèmes PV plus respectueux de l’environnement. / Faced with current environmental challenges, investing in renewable energies in the name of the "energy transition" is the alternative most adopted by many countries. Renewable energies, in particular photovoltaic solar (PV) energy, have thus become innovative and competitive sectors in full expansion. In this context, it is therefore necessary to ensure that new PV technologies, which are complex and the result of several manufacturing stages, meet the criteria of a product with low environmental impact, referred here as eco-designed.The state of the art on eco-design shows that the consideration of environmental constraints in R&D projects with low TRL "Technology Readiness Level" is still an emerging phenomenon, for two main reasons. On the one hand, environmental impact assessment is relatively complex for a non-mature technology under development (TRL low) because its characteristics and manufacturing processes are not yet fully defined. On the other hand, the identified tools in the literature have several limitations that impede their appropriation in R&D organizations.This research work therefore aims to develop a methodology to enable the sustainable integration of eco-design into R&D organizations, supporting their industrial partners in innovation and competitiveness. Thus, the developed method is based on the estimation of the evolution rate of technical, economic and environmental criteria of a new technology (low TRL) through a specific database of reference. The construction of the database relies on Life Cycle Assessment (LCA), used as a management tool to provide reliable results, despite the low TRL level.To integrate this approach into R&D organizations in a sustainable way, the method developed was implemented in a software "ECO PV" dedicated to crystalline silicon PV systems, which represent more than 94% of the current PV market today. Based on the principle of democratization of environmental knowledge and capitalization of information, this tool is accessible not only to LCA experts but also to all engineers in the PV field.Finally, this research work enabled to generate reliable, simple and quantified results and to develop an eco-design methodology to guide the technological choices of projects in the upstream phases of R&D, in order to develop PV systems more environmentally friendly.

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.

Comme une sorte de revers de la médaille, la fin des « Trente Glorieuses » est marquée par la reconnaissance de la problématique environnementale et les crises pétrolières des années 1970. La première grande conférence de l'ONU consacrée à l'environnement humain à Stockholm en 1972 se déroule dans contexte où scientifiques, industriels et politiques s'interrogent sur les modalités permettant de créer un nouveau modèle de société. De la croissance « vertes » en passant par la décroissance, les propositions ne manquent pas. Depuis le Sommet de la Terre de Rio en 1992, c'est du côté du changement technique, de l'innovation et des industriels que tous les regards sont rivés aujourd'hui. Seulement, la doctrine de l'innovation environnementale et les méthodes en matière d'éco-conception restent fragiles.Depuis la Révolution industrielle, le secteur des revêtements de sol résilients, ou souples, accompagne l'évolution des modes de vie au sein des habitations et représente un symbole d'une société de consommation de masse. Aux proies aux controverses, nous nous proposons de décrire comment les industriels de ce secteur gèrent et intègrent la pression environnementale ; et en particulier comment, de fait, mobilisent-ils le processus d'innovation environnementale pour résister à cette pression. / As a kind of a flipside of the coin, the end of the "Thirty Glorious Years" is marked by the recognition of environmental issues and the oil crises of the 1970s The first major UN conference dedicated to the Human Environment in Stockholm 1972 takes place in context where scientists, industrialists and politicians are questioning the methods for creating a new model of society. To The “Green Growth” to “degrowth”, proposals abound since this last decade. Since the Earth Summit in Rio in 1992, technical change, innovation and industry are the center of attention. But the doctrine of environmental innovation and methods for eco-design are still fragile.Since the Industrial Revolution, the sector of resilient floorings follows lifestyles whilst keeping its symbol of a society of mass consumption. Prey to controversies, we propose to describe how the industry manage and integrate environmental pressure; and especially how they mobilized the process of environmental innovation to withstand pressure.

Aider les concepteurs à améliorer la qualité environnementale de leur projet durant la phase d’esquisse peut contribuer à un meilleur profil environnemental des réalisations finales. Face aux nouvelles exigences liées au développement durable (ressources énergétiques, matériaux de proximité...), les concepteurs doivent conduire un travail d’ajustement entre le contexte du projet et les solutions architecturales qui est de plus en plus complexe. Pour aider les concepteurs dans ce travail, nous proposons une méthode fondée sur l’usage de patrons de conception orientés environnement que nous nommons éco-modèles. Ces patrons s’apparentent à des solutions types éprouvées par de nombreux concepteurs. Les éco-modèles et les réalisations où ils ont été utilisés ont été implémentés dans un outil numérique appelé éco.mod. Grâce à une interface spécifique, les concepteurs peuvent naviguer dans cette base de données, sélectionner des éco-modèles et construire un scénario environnemental adapté à leurs projets architecturaux. L’outil éco.mod leur permet de visualiser les conséquences environnementales de leurs choix. Deux expérimentations, assistées par cet outil, ont largement confirmé nos hypothèses sur la pertinence de la méthode proposée et l’outil associé / Assisting designers in improvement of environmental quality of their project, early in the sketch phase, could result in a better environmental profile of the final product. Designers are facing new necessities related to sustainable development, such as considering sources of energy and usage of local materials, among others. To find a compromise between the project’s context and architectural solutions, one has to carry out complex adjustment tasks to address this issue.To help designers with these tasks, we proposed a method founded on the usage of environment-oriented “design patterns”, which we have named “eco-models”. By being used in their projects, these eco-models are approved by many designers as plausible solutions. The eco-models and the actual projects in which they have been used are gathered and implemented in a (web-based) digital tool, named “eco.mod.”The interface of eco.mod enable designers to navigate in the database, and select appropriate eco-models to create an environmental scenario for their own architectural project. The eco.mod tool allows users to visualize the environmental consequences of theirs choices. Two experiments assisted by this tool have been conducted, and have mainly confirmed our hypothesis about efficacy of this proposed method and its associated tool

La conception des machines électriques a une longue tradition et l'approche " business as usual " est un processus itératif d'essais et d'erreur, certes convergent mais nécessairement stoppé prématurément, car trop couteux. Un perfectionnement récent a consisté à remplacer les prototypes et les maquettes par des prototypes virtuels, entièrement numériques, comme ceux fournis par la méthode des éléments finis. Néanmoins, le procédé s'arrête toujours sur une frustration car le concepteur n'est jamais sûr d'avoir exploré complètement l'espace de conception qui s'offre à lui. La démarche de conception optimale se propose d'améliorer ce processus en le guidant, c'est-à-dire en proposant une méthodologie, et en l'automatisant, c'est-à-dire en proposant des outils logiciels. Mais dans cette démarche apparaissent de nombreuses difficultés. Ainsi, les objectifs généraux de cette thèse sont multiples. Il s'agit de définir des problèmes d'optimisation spécifiques représentatifs des choix structurels et d'élaborer des benchmarks de référence : discret, multiphysique, multidisciplinaire, multi-objectif et multi-niveaux. Ensuite, il faut rechercher, adapter et qualifier les méthodes d'optimisation les mieux à même de résoudre ces problèmes. Enfin, les différentes méthodes d'optimisation proposées sont implantées et testées de façon à prouver leur efficacité et leur adaptation. Un objectif secondaire mais important est de les capitaliser et diffuser les connaissances élaborées