Actuellement, l’industrie chimique est confrontée au défi de la production durable qui exige une évolution depuis la réduction de polluants pour les procédés existants vers une écologie industrielle qui permet l’équilibre entre le développement économique, sociale et environnemental. Ajouté aux exigences actuelles pesant sur la conception des procédés, la prise en compte des contraintes environnementales dès la phase amont du processus de conception. Cette exigence clé couplée aux enjeux actuels pour la conception préliminaire ont conduit à des changements par rapport à la conception classique des procédés, il y a un accent accru sur la recherche d’innovation et d’écoinnovation pour développer des nouveaux concepts, de nouvelles technologies et de nouveaux procédés. La question centrale sur la façon d’améliorer la créativité dans la phase de conception préliminaire nécessite des recherches plus poussées sur les méthodologies d’aide à la génération de solutions innovante et éco-innovante. Ainsi, dans le cadre de cette thèse, nous avons développé une méthodologie pour la formulation et la résolution de problèmes d’éco-innovation basée sur une approche à base de conflits. Ce cadre permet de traiter les exigences multi-objectifs et la nature combinatoire complexe de la phase de recherche de concepts de solutions. La méthodologie développée reflète la nature des problèmes à traiter avec de nombreuses contradictions (conflits) à résoudre simultanément. Dans ce contexte, les méthodes actuelles atteignent rapidement leurs limites car elles ne résolvent qu’un seul conflit à la fois. Or il devient très difficile (voire impossible) de faire émerger une contradiction unique des situations problématiques complexes telles que nous en rencontrons en génie des procédés. La méthodologie proposée pour traiter la problématique de multi-contradictions pour l’écoconception se divise en deux étapes principales. D’un part, une première cadre d’analyse pour la formulation des contradictions en s’appuyant sur une version adaptée d’OTSM-TRIZ. Il permet la représentation graphique d’un problème et intégré une méthode pour limiter la situation aux contradictions principales. D’un autre part, la résolution des contradictions principales se décompose en deux sous étapes. Dans un premier temps, la résolution individuelle de chaque contradiction au travers d’un outil alliant la simplicité conceptuelle des contradictions de TRIZ et les solutions concrètes que proposent les effets et phénomènes de la physique, chimie, biologie. Dans un deuxième temps, nous proposons un processus d’agrégation des solutions afin d’obtenir une solution finale plus intégrée. Un cas d’étude sur la réduction des polluants en sortie d’étape de gazéification de la biomasse est présenté afin d’illustrée l’approche. / In recent years, the chemical industry is facing the challenge of sustainable production in order to create a balance between the economic, social and environmental development. This shift requires an evolution from the reduction of pollutants for existing processes to industrial ecology. In the design process, this shift demands that the current requirements and the environmental constraints should be taken into account in the early stages. At these stages, however, there is an increased emphasis on innovation and eco-innovation to develop new concepts, new technologies and new processes, thereby limiting the problem-solving ability of the traditional design methodologies. Hence, there is a great necessity for new methodologies in order to develop innovative and eco-innovative solutions. Consequently, in this research, we developed a methodology for the formulation and solution of ecoinnovation problems based on a conflict approach. This framework can handle multi-objective requirements with the combinatorial complexity of the search phase of solution concepts. Thus, the methodology considers the problem of solving many contradictions (conflicts) simultaneously. In this context, current approaches quickly reach their limits because they solve one conflict at a time or it is very difficult to define only one contradiction in complex problems, such as those in process engineering. The proposed methodology for treating the problem of multi-contradictions for eco-design is divided into two main steps. On one hand, an analytical framework for the formulation of contradictions based on an adapted version of OTSM-TRIZ, which provides a graphical representation of a problem and integrated method to reduce the problem situation to the main contradictions. On the other hand, the resolution of contradictions which is itself divided into two sub-steps. At first, the resolution of each individual contradiction through a tool that combines conceptual simplicity of TRIZ contradictions and the practical solutions using the physics, chemical and biological effects and phenomena. In a second step, we propose an aggregation process solution to obtain a more integrated final solution. A case study about the reduction of pollutants at output stage gasification of biomass is presented to illustrate this approach.

Ces travaux de thèse s’intéressent à l’association des performances industrielles et environnementales avec une démarche d’amélioration continue orientée vers le développement durable et ciblent l’élimination conjointe des « gaspillages » Lean et Green dans les processus de fabrication. La problématique majeure réside dans la mise en place des outils L&G au sein d’entreprises manufacturières possédant des processus et caractéristiques culturelles variés. Basés sur une analyse suivie de l’état de l’art et d’enquêtes de bonnes pratiques, les travaux de recherche incluent plusieurs évaluations et observations sur sites industriels. La mise au point d’une roadmap de déploiement adaptable, mettant en valeur les aspects sociaux par le biais de l’implication et de la valorisation des employés, est ainsi complétée par un modèle de sélection d’indicateurs environnementaux, une « Maison du L&G » et un modèle de maturité particularisé pour le niveau d’implémentation de la stratégie. / This thesis addresses the association of industrial and environmental performances with a continuous improvement approach oriented toward sustainable development, and particularly seeks for the identification and elimination of Lean and Green “wastes” in manufacturing processes. The major issue lies in the deployment of L&G tools within manufacturing firms with various processes and cultural characteristics. Based upon a thorough state of the art and industrial surveys on best practices, the research includes several assessments and observations on manufacturing sites. The development of an adaptable roadmap of deployment highlighting social concerns through the involvement of employees in improvements is therefore completed with a selection model of environmental indicators, a “L&G House” and a maturity model for the strategy’s implementation.

Nous présentons les enjeux du management environnemental et soulignons l’importance d’une politique d’économie d’énergie pour les entreprises. Nous proposons un modèle pour déterminer le bilan énergétique de la fabrication en intégrant les différentes phases productives et non-productives. Nous définissons un double objectif pour la minimisation de la durée de production et de la consommation d’énergie. Nous appliquons ce modèle à l’ordonnancement d’ateliers job-shop flexibles. Pour déterminer la solution optimale nous utilisons deux classes de méthodes : - La première relève des algorithmes génétiques. Nous proposons différents types d’algorithmes pour résoudre ce problème multicritère. Nous proposons par exemple de faire évoluer deux populations pour minimiser respectivement l’énergie consommée et la durée de production et de les croiser pour atteindre l’objectif global. - La seconde relève de la programmation sous contrainte. Nous proposons de rechercher la solution optimale en développant une double arborescence pour évaluer l’énergie consommée et la durée de production. Nous construisons notre algorithme en partant des tâches à réaliser sur les machines ou en partant des machines qui réaliseront les tâches. Nous discutons de la construction du front de Pareto pour l’obtention de la meilleure solution.Nous terminons en comparant les différentes approches et en discutant leur pertinence pour traiter des problèmes de différentes tailles. Nous proposons également plusieurs améliorations et quelques pistes pour de futures recherches. / We present the challenges of environmental management and underline the importance of an energy saving policy for companies. We propose a model to determine the energy balance of manufacturing by integrating the different productive and non-productive phases. We define two purposes for minimizing production time and energy consumption. We apply this model to the scheduling of flexible job-shop workshops. To determine the optimal solution we use two types of methods: - The first is genetic algorithms. We propose different types of algorithms to solve this multi-criteria problem. For example, we propose to develop two populations to minimize the energy consumed and the production time, and to cross them to achieve the overall objective. - The second is constraint programming. We propose to find the optimal solution by developing a double tree to evaluate the energy consumed and the production time. We build our algorithm starting from the tasks to be performed on the machines or from the machines that will perform the tasks. We discuss the construction of the Pareto front to get the best solution.We finish by comparing the different approaches and discussing their relevance to deal with problems of different sizes. We also offer several improvements and some leads for future research.

Le présent mémoire a pour objet les formes, les caractéristiques et les défis de la gouvernance des déchets électroniques. L’auteure explore les impactes socioéconomiques et environnementales de divers types d’instruments conçus pour mitiger les risques à la santé humaine et à l’environnement que présentent les produits électroniques en fin de vie, notamment: les traités multilatéraux qui visent à prohiber le transfert des déchets hasardeux au pays en développement, les législations régionales, nationales et provinciales mettant en vigueur des systèmes de recyclage obligatoire des déchets électroniques, ainsi que d’autres initiatives, publics et privées, basées sur le principe de la responsabilité élargie des producteurs (REP). L’objectif de ce travail est de comprendre comment les acteurs impliqués dans le commerce de l’équipement électronique peuvent modeler les systèmes de production, d’usage et du traitement fin de vie des technologies contemporaines pour que ces dernières puissent continuer à faire élever les standards de vie et à avancer le développement des communautés humaines, en respectant simultanément le principe international de l’équité globale, l’environnement naturel et la qualité de vie des générations futures. / This thesis addresses the forms, characteristics and challenges of electronic waste governance. The author explores the socio-economic and environmental impacts of a diverse range of instruments that have been developed to mitigate the human health and environmental risks presented by end-of-life electronic equipment, namely: multilateral treaties restricting e-waste trade flows into developing countries, regional, national and provincial legislations imposing mandatory recycling systems for e-waste, as well as other public and private initiatives based on the principle of extended producer responsibility (EPR). The objective of this study is to understand how stakeholders implicated in the electronic equipment sector can model the systems of production, use, and discard of electronics, so that the latter may continue to raise living standards and propel human development while simultaneously respecting the international principle of global equity, the natural environment and the quality of life of future generations.

Le présent mémoire a pour objet les formes, les caractéristiques et les défis de la gouvernance des déchets électroniques. L’auteure explore les impactes socioéconomiques et environnementales de divers types d’instruments conçus pour mitiger les risques à la santé humaine et à l’environnement que présentent les produits électroniques en fin de vie, notamment: les traités multilatéraux qui visent à prohiber le transfert des déchets hasardeux au pays en développement, les législations régionales, nationales et provinciales mettant en vigueur des systèmes de recyclage obligatoire des déchets électroniques, ainsi que d’autres initiatives, publics et privées, basées sur le principe de la responsabilité élargie des producteurs (REP). L’objectif de ce travail est de comprendre comment les acteurs impliqués dans le commerce de l’équipement électronique peuvent modeler les systèmes de production, d’usage et du traitement fin de vie des technologies contemporaines pour que ces dernières puissent continuer à faire élever les standards de vie et à avancer le développement des communautés humaines, en respectant simultanément le principe international de l’équité globale, l’environnement naturel et la qualité de vie des générations futures. / This thesis addresses the forms, characteristics and challenges of electronic waste governance. The author explores the socio-economic and environmental impacts of a diverse range of instruments that have been developed to mitigate the human health and environmental risks presented by end-of-life electronic equipment, namely: multilateral treaties restricting e-waste trade flows into developing countries, regional, national and provincial legislations imposing mandatory recycling systems for e-waste, as well as other public and private initiatives based on the principle of extended producer responsibility (EPR). The objective of this study is to understand how stakeholders implicated in the electronic equipment sector can model the systems of production, use, and discard of electronics, so that the latter may continue to raise living standards and propel human development while simultaneously respecting the international principle of global equity, the natural environment and the quality of life of future generations.

Les systèmes photovoltaïques organiques sont des technologies émergentes présentant de forts potentiels d’économie de ressources et de réduction des impacts sur l'environnement et la santé humaine par rapport aux dispositifs photovoltaïques conventionnels. La méthode de l’analyse du cycle de vie est appliquée afin d'évaluer la façon dont les différents procédés de fabrication, les caractéristiques des dispositifs, la phase d’utilisation et les scénarios de fin de vie des cellules photovoltaïques organiques influent sur ces avantages potentiels. Les impacts de cette technologie émergente sont comparés aux technologies conventionnelles à base de silicium pour établir un référentiel de performance des technologies photovoltaïques.En outre, les effets potentiels sur la santé humaine de l'utilisation de nanomatériaux dans les cellules photovoltaïques organiques ont été spécifiquement étudiés ; et la pertinence de l’analyse du cycle de vie pour évaluer cette catégorie d’impact a été examinée. Ainsi, un nouveau modèle d'évaluation de l'impact sur le cycle de vie est présenté afin de quantifier les dangers potentiels posés par les nanomatériaux. Enfin,ces impacts potentiels sont comparés aux avantages des cellules photovoltaïques organiques sur les cellules à base de silicium. / Organic photovoltaics present an emerging technology with significant potential for increasing the resource efficiencies and reducing the environmental and human health hazards of photovoltaic devices. The discipline of life-cycle assessment is applied to assess how various prospective manufacturing routes, device characteristics, uses and disposal options of organic photovoltaics influences these potential advantages. The results of this assessment are further compared to silicon based photovoltaics as a benchmark for performance. A deeper look is given to the potential human health impacts of the use of engineered nanomaterials in organic photovoltaics and the appropriateness of life-cycle assessment to evaluate this impact criteria. A newly developed life-cycle impact assessment model is presented to demonstrate whether the use of and potential hazards posed by engineered nanomaterials outweighs any of the resource efficiencies and advantages organic photovoltaics possess over silicon photovoltaics.