Aujourd’hui, la conception de moteurs électriques est stratégique dans l’activité industrielle.La poussée des véhicules électriques avec la recherche de fortes efficacités pour des raisons d’autonomie stimule cette activité. Ce travail de thèse entre dans un même contexte avec une contrainte de coût très importante liée au développement de produit dans le domaine du grand public.Cette thèse est une contribution à la conception de machines électriques dans un contexte industriel. Elle intègre les coûts et les contraintes d’un industriel avec la prise en compte du processus d’industrialisation du moteur ainsi que les variations des coûts de matières premières. Une plateforme d’éco-conception de moteur sera présentée intégrant différentes topologies.La première partie de ce mémoire présente un bref état de l’art sur les machines synchrones à aimants permanents (MSAP) qui permet de faire le choix des topologies pertinentes.Les contraintes industrielles sont considérées avec la présentation d’un modèle industriel sur les coûts liés à la fabrication des moteurs et un modèle économique sur les fluctuations des coûts des matières premières.Dans une seconde partie, ces topologies seront optimisées à l’aide des algorithmes génétiques pour une application dans le domaine de la ventilation. Cette étude a mis en avant l’écart entre la topologie MSAP en surface avec la ferrite et la MSAP insérés avec du néodyme du point de vue économique et performance. À la suite de cette comparaison, une nouvelle topologie correspondant à un mélange des deux types d’aimants dans le rotor est introduite pour s’orienter sur une configuration à concentration de flux.Des mesures expérimentales valident les résultats présentés dans cette thèse sur les topologies MSAP en surface et MSAP insérés, la topologie à concentration de flux sera prototypée ultérieurement. / Nowadays, design of electric motors is strategic in industrial activity. The thrust of electric vehicles stimulates this activity. Indeed, high efficiencies are needed to seek autonomy.The same constraints apply in the consumer product industry along with a very significant cost concern.This thesis is a contribution to the design of electrical machines in an industrial context.An eco-design platform will be presented. It integrates the costs and the constraints of an industrialist: the process of mass production and raw materials cost variations.The first part of this paper presents a brief state of the art on BLDC motors. Relevant topologies are selected for the platform. Two new models are proposed in this work. The first one is an industrial model taking into account costs related to mass production. The second one is an economic model which considers raw material cost fluctuations.In a second part, surface permanent magnet (SPM) and the inserted permanent magnet (IPM) topologies will be optimized using genetic algorithms. An application in the ventilation field is chosen to compare these topologies. This study highlighted the gap between both topologies concerning cost and performance. As a result of this comparison, a flux concentration topology is presented. A mixture of two types of magnets in the rotor allow to reach a technico economic compromise.Experimental measurements validate the results presented in this thesis on SPM and IPM topologies. The flux concentration topology will be prototyped in future works.

L'éco-conception est un processus permettant aux entreprises industrielles d'assumer leur responsabilité relative aux impacts générés par leurs produits. Les contraintes liées aux impacts environnementaux sont intégrées dans les stades avancés de la conception. Du fait de ses spécificités, tant au niveau de la structure du produit que de la complexité des processus de conception, l'industrie microélectronique s'est trouvée jusqu'alors en marge de considérations avancées sur l'impact de ses produits. L'objectif du travail de recherche est de définir une méthodologie d'éco-conception dédiée à la microélectronique permettant d'identifier les méthodes, outils et indicateurs susceptibles d'être déployés dans les départements de R&D. La stratégie associée vise à accroître la sensibilité environnementale des concepteurs et à les conduire à trouver des alternatives influant positivement sur l'environnement. Notre méthodologie repose sur une plateforme méthodologique intégrant plusieurs outils, chacun dédié à une activité indépendante de la conception de produits microélectroniques. L'évaluation environnementale est basée sur l'analyse de cycle de vie (ACV). Dans les phases préliminaires de conception, la connaissance du produit (structure, propriétés et performances) est limitée, alors la modélisation de son cycle de vie est réalisée à l'aide « d'ACV-simplifiée » : cela consiste à prédire l'impact d'un produit en développement grâce à des mécanismes d'adaptation par analogie basés sur l'étude des générations précédentes. En plus de solutions techniques appropriées, l'intégration de l'éco-conception dans une entreprise nécessite certains changements organisationnels : une modification du processus de conception a été proposée ainsi que des recommandations pour l'intégration d'un système de gestion de l'environnement orienté sur les produits. / Eco-design represents a natural process for industries wishing to fulfil their role in safeguarding environment and resources. The constraint linked to impacts becomes a decisive factor which can be systematically integrated in the early stages of products development. Because of chips specificities, both in structure and complexity of design process, microelectronic industry has been up to now out of advanced considerations related to chips environnemental performances. Our target was to define an eco-design methodology dedicated to microelectronic sector including the identification of methods, tools and indicators which have the highest chance to be deployed in R&D departments. The strategy aims to increase designers' environmental consciousness and drive them to explore innovative opportunities that can positively impact the environment during design phase. Our methodology relies on a platform integrating three tools, each one of them dedicated to a part of chip design. Environmental analysis is based on Life Cycle Assessment (LCA). In the preliminary stages of design, knowledge on product (structure, properties and performances) is limited so the evaluation is assessed using “Quick LCA”: it consists in predicting the environmental footprint of an under-development product thanks to adaptive mechanism based on the evaluation of previous generations. In addition to technical solutions, an optimized integration of an innovative process such as eco-design requires organizational changes into the company: a proposal for internal design process modification was done including recommendations for integration of a product-oriented management system.

Le fractionnement de quatre biomasses herbacées modèles présentes ou cultivées dans l’estuaire de la Loire est étudié pour la production d’agrofibres adaptées à leur usage dans les matériaux composites écoconçus pour la construction. Les biomasses caractérisées chimiquement et physicochimiquement sont traitées par trois technologies de complexité croissante : le broyeur à marteaux permettant une fragmentation transversale et longitudinale radiale, le défibrage mécanique orientant les contraintes de façon longitudinale radiale et tangentielle, et le défibrage thermomécanique permettant un raffinage à l’échelle de la fibre élémentaire. Le Foin des Marais, modèle de mélange d’herbacées composé de tiges portant des feuilles, endémiques de prairies mésohygrophiles, est une source d'agrofibres cellulo-hémicellulosiques peu lignifiées (ratio cellulose/hémicelluloses/lignines 50/40/10) présentant un très fort taux de composés hydrosolubles (17 à 27% de MS), très hydrophiles (ratio liquide/solide à saturation L/Ssat entre 5,2 et 9,7), relativement fines (facteur de forme L/D >10) et de petites dimensions (moins de 5 cm) permettant l’obtention d’une grande gamme de densité de mats (37 à 112 kg/m3) et ayant une bonne aptitude à l’auto-assemblage sous contrainte. La Rouche, modèle de mélange d’herbacée composés de feuilles ayant des tiges, endémique de prairies hygrophiles, est une source d'agrofibres cellulo-hémicellulosiques peu lignifiées (ratio 50/40/10) présentant un fort taux de composés hydrosolubles (16% de MS), hydrophiles (L/Ssat entre 4,1 et 10,7), fournissant une large gamme de morphologie d’agrofibres allant jusqu’à 13cm de long pour des L/D de 100, formant des mats de 32 à 121 kg/m3, et ayant une bonne aptitude à l’autoassemblage. La Canne de Roseau (Phragmites australis), modèle de tiges creuses rigides, endémiques des bas marais, est une source d'agrofibres rigides beaucoup plus lignifiées (ratio 50/30/20) contenant peu de composés hydrosolubles (6 à 8% de MS), thermostables jusqu’à 220°C et relativement peu hydrophiles (L/Ssat de 3,4) si elles ne sont pas trop déstructurées, ne générant que de agrofibres courtes (moins de 5 cm) et de faible finesse (L/D <15). Les tiges de Mélilots jaune et blanc (Melilotus officinalis et Melilotus alba), dicotylédones à croissance secondaire adaptée à la culture sur les terrains de l’estuaire de la Loire, s’est avéré produire deux classes d’agrofibres. La première est composée d’agrofibres longues, extractibles du cortex de la tige, souples et essentiellement cellulosiques (ratio 75/15/10) pouvant aller jusqu’à 16cm de long (L/D>100), formant des mats de 38 à 42 kg/m3; la seconde classe d’agrofibres macroporeuses courtes et rigides extractibles du bois, beaucoup plus lignifiées (ratio 65/15/20), ayant très peu d’extractibles (2 à 3% de MS), et peu hydrophiles (L/Ssat entre 2,5 et 2,8). Un nouveau procédé d’extraction d’agrofibres longues (dm à cm) courtes (cm à mm), et ultra courtes (mm à μm) est développé. Des agrofibres sélectionnées sont mises en oeuvre avec de la colle de caséine dans des agrocomposites basse densité type blocs isolants thermiques (40 à 82 mW/m*K) et phoniques (indice d'affaiblissement sonore entre 0,18 et 1,2 dB(A)/mm) ; avec de la colle d’os dans des agrocomposites haute densité type panneaux de particules et de fibres (D jusqu’à 1,3 g/cm3, Eflexion jusqu’à 3,9 GPa et σmax flexion jusqu’à 39 MPa) ; ainsi qu’avec une matrice thermoplastique recyclable (PP+PPMA) chargées jusqu’à 40% en agrofibres et présentant une tenue mécanique jusqu’à 5 fois plus élevée en traction et en flexion. Parallèlement, les graines de Mélilots sont caractérisées, et se révèlent être riche en protéines (31 à 32% de MS) et avoir un fort potentiel en fraction extractible aqueuse (34 à 36% de MS) contenant des galactomannanes. Le raffinage de cette agroressources a été entrepris en vue de l'obtention de liants pour des agrocomposites.

Le nettoyage en place des membranes en industrie agro-alimentaire est une opération cruciale qui, outre les exigences de sécurité sanitaire des installations et des produits traités doit permettre de restaurer les performances de la filtration (sélectivité, flux) en éliminant le colmatage formé pendant l'étape de production. Malheureusement cette étape repose encore sur des bases empiriques et non optimisées. A cause d'un manque de notions fondamentales, elle est encore pressentie comme un frein à l'utilisation massive des procédés membranaires. Une démarche originale a été menée dans le cadre de cette thèse incluant la réflexion sur l'incidence des paramètres hydrodynamiques des conditions de production sur la cohésion du dépôt colmatant et plus particulièrement de sa fraction irréversible, dont la nettoyabilité est étudiée. Pour fonder cette démarche, une étude comparée du colmatage et du nettoyage au flux limite et au flux critique a été réalisée en intégrant le rôle de la physico-chimie et de l'hydrodynamique pendant la phase de production. cette étude s'inscrit dans un cadre d'éco-conception de procédé, avec une analyse de cycle de vie réalisée afin d'estimer l'impact environnemental de l'étape de nettoyage via divers scénarii simplifiés. / The cleaning in place of membranes in food-processing industry is crucial operation which, besides the requirements of sanitary safety of the installations and the treated products allows to restore the performances of the filtration (flux, selectivity) by removing the fouling formed during the production step. Unfortunately, this cleaning step still rests on empirical and not optimized bases. Because of a lack of fundamental notions, it is still anticipated as a brake in the massive use of the membrane processes. An original approach is led within the framework of this thesis including the reflexion on the incidence of the hydrodynamics parameters of the conditions of production on the cohesion of the fouling deposit and more particularly its irreversible fraction which this cleanability is studied. To establish this approach, a study compared by the fouling and by the cleaning with the limiting flux and with the critical flux is realized by integrating the role of the physic-chemistry and the hydrodynamics during the production step. This study joins in a frame of eco-design of process, with an analysis of life cycle realized to estimate the environmental impact of the cleaning step by diverse scenarios.

Ces travaux portent sur les aspects environnement produits et plus particulièrement sur leur intégration dans l'entreprise. Le but visé par notre approche est de réduire l'important déficit de connaissances environnementales contextualisées existant au sein des entreprises, pour créer situations possibles d'intégration.<br />Malgré leur grande diversité, les approches existantes ne répondent que partiellement au besoin d'intégration de l'environnement. Notre vision de cette problématique, est que l'intégration de l'environnement est un processus à long terme conditionné par : <br />- la création par l'entreprise de nouvelles connaissances propres à ses activités,<br />- l'implication de l'ensemble des services de l'entreprise,<br />- le choix d'une approche managériale intermédiaire entre Top-down et Bottom-Up.<br />Dans ce sens, nous proposons un outil de pilotage du processus de création de connaissances environnementales composé d'un référentiel à trois dimensions permettant de caractériser les connaissances environnementales dans l'entreprise, d'une stratégie de progression et d'une typologie d'actions, et qui permet de piloter le processus (outil de suivi, d'analyse et de régulation).<br />La première partie du document s'attachera à détailler la construction de l'outil de pilotage qui sera évalué à l'aide d'expérimentations réalisée au sein de l'entreprise FAURECIA-Sièges d'automobile.<br />Les résultats de ces travaux portent d'une part sur la capacité de l'outil à piloter le processus de création de connaissances environnementales et d'autre part sur son rôle en tant que moyen de gestion des projets liés à l'environnement dans les entreprises.

Nous assistons aujourd'hui à une évolution de la conscience collective pour la prise en compte de l'environnement en conception de produit industriel. Cette réalité du monde industriel conduit à reconsidérer le développement d'outils classiques de conception et d'innovation pour intégrer la problématique environnementale. L'innovation, paramètre majeur du développement et de la croissance de l'entreprise, doit aussi conduire à des concepts éco-innovants. Il existe peu de méthodes complètes d'éco-innovation. Il est indispensable de développer une méthode alliant l'analyse du problème dans le sens du développement durable, la formalisation adaptée et la sélection des outils de résolution adéquats. L'utilisation des outils d'éco-innovation permettra aux entreprises de s'approprier le concept de développement durable à l'échelle de l'émergence de leurs produits. Cette approche intégrée de conception permet d'influencer les modes de production et de consommation, d'anticiper les besoins futurs des utilisateurs et d'assurer la pérennité de la société. Ces travaux de thèse s'inscrit dans le cadre de la mutation de la Méthode d'Aide à l'INnovation (MAL'IN) vers un outil d'éco-innovation. La démarche actuelle MAL'IN permet d'analyser et structurer un problème de conception de produit, de le formaliser et de le résoudre. Adaptée aux phases préliminaires de conception, la méthodologie est basée sur l'analyse fonctionnelle, l'analyse des phénomènes physiques et sur la définition des biais d'attaque du problème. La résolution fait appel à des outils adaptés de la théorie TRIZ et d'autres outils développés dans ce cadre. L'enjeu de la thèse concerne l'intégration de la vision développement durable dans la méthode actuelle MAL'IN à travers la structuration et la mise en place de connaissances environnementales nécessaires au stade de la recherche de concepts et de ainsi faire évoluer cet outil vers un outil d'éco-innovation. Les travaux de thèse impliquent d'une part, l'intégration de la vision environnementale aux outils existants de la méthode MAL'IN notamment dans la phase d'analyse et de formalisation du problème de conception et, d'autre part, le développement de nouveaux outils d'éco-innovation permettant d'adapter et de structurer la démarche existante en fonction des nouvelles données d'analyse environnementale du produit. L'ensemble des méthodes proposées doit apporter des réponses cohérentes de la spécification du besoin jusqu'à la recherche de concepts éco-innovants. La méthode développée doit convenir à tous les membres du groupe de créativité, en particulier, il faut s'assurer que l'expression des différentes connaissances et des orientations de structuration et de formalisation soit compréhensibles et interprétables par les participants. L'éco-innovation impose, entre autres, la personnalisation du produit, un designer intervient classiquement dans ce cadre. Les outils doivent être conçus pour être interprétés par cet intervenant particulier.

L'Analyse de Cycle de Vie (ACV) est aujourd'hui définie comme une approche aboutie et reconnue d'évaluation de la performance environnementale des produits, procédés et services. Cependant et malgré la standardisation dont elle a fait l'objet dans les années 1990, certaines limites subsistent et contribuent à fragiliser la fiabilité de ses résultats. La non-prise en compte quasi systématique des incertitudes et de la qualité des données d'inventaire, et son caractère consommateur de ressources en font partie. Ces carences mettent en avant la nécessité de développer une méthodologie de gestion de ces deux paramètres. C'est dans ce contexte que s'inscrivent les travaux de recherche. Nous proposons donc une méthodologie de fiabilisation des décisions environnementales basées sur des ACV, à partir de l'analyse et la gestion des incertitudes sur les données d'inventaire. Cette dernière combine une approche qualitative s'appuyant sur l'utilisation d'une matrice de pedigree et une approche quantitative propageant l'incertitude sur les données d'entrée au moyen de simulations de Monte Carlo. La méthodologie développée nous permet d'une part d'estimer la qualité des inventaires et donc du résultat, et d'autre part d'identifier et de localiser les données les plus influentes sur cet indice de qualité. Cette analyse générée à partir d'informations relativement accessibles permet également une optimisation de la phase de collecte et des ressources allouées. Nous pouvons en effet juger de la pertinence d'une collecte additionnelle en intégrant le potentiel de dégradation d'une donnée sur le degré de fiabilité estimé du résultat. Les conclusions de notre recherche devraient contribuer à crédibiliser les résultats d'ACV et faciliter la mise en œuvre de telles analyses par la gestion raisonnée des efforts de collecte.

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.

L'éco-conception est un processus permettant aux entreprises industrielles d'assumer leur responsabilité relative aux impacts générés par leurs produits. Les contraintes liées aux impacts environnementaux sont intégrées dans les stades avancés de la conception. Du fait de ses spécificités, tant au niveau de la structure du produit que de la complexité des processus de conception, l'industrie microélectronique s'est trouvée jusqu'alors en marge de considérations avancées sur l'impact de ses produits. L'objectif du travail de recherche est de définir une méthodologie d'éco-conception dédiée à la microélectronique permettant d'identifier les méthodes, outils et indicateurs susceptibles d'être déployés dans les départements de R&D. La stratégie associée vise à accroître la sensibilité environnementale des concepteurs et à les conduire à trouver des alternatives influant positivement sur l'environnement. Notre méthodologie repose sur une plateforme méthodologique intégrant plusieurs outils, chacun dédié à une activité indépendante de la conception de produits microélectroniques. L'évaluation environnementale est basée sur l'analyse de cycle de vie (ACV). Dans les phases préliminaires de conception, la connaissance du produit (structure, propriétés et performances) est limitée, alors la modélisation de son cycle de vie est réalisée à l'aide " d'ACV-simplifiée " : cela consiste à prédire l'impact d'un produit en développement grâce à des mécanismes d'adaptation par analogie basés sur l'étude des générations précédentes. En plus de solutions techniques appropriées, l'intégration de l'éco-conception dans une entreprise nécessite certains changements organisationnels : une modification du processus de conception a été proposée ainsi que des recommandations pour l'intégration d'un système de gestion de l'environnement orienté sur les produits.

Les piles à combustible (PAC) de type PEMFC permettent d’assurer la conversion d’énergie chimique en énergie électrique en utilisant de l’hydrogène pouvant être produit à partir de sources renouvelables. La catalyse des réactions mises en jeu lors de cette conversion d’énergie nécessite l’utilisation de platine, dont les ressources sont faibles et la production (extraction et raffinage) complexe. De plus, du fait de son prix élevé, ce métal représente une part importante du coût de production des PEMFC. Aujourd’hui, le prix de cette technologie doit être réduit pour qu’elle soit économiquement compétitive et puisse être commercialisée à grande échelle. En outre, les charges en platine dans les électrodes de piles à combustible ne peuvent être réduites significativement sans altération de la performance et de la durabilité de ces systèmes. Donc, le développement d’une filière de recyclage pour assurer la récupération du Pt en fin de vie des PAC pourrait permettre une réduction du coût de production des PEMFC.Cette thèse a consisté à mettre en place une voie de recyclage du platine d’assemblages membrane-électrodes (AME) de PEMFC. Un procédé hydrométallurgique composé des étapes suivantes : (i) lixiviation, (ii) séparation et (iii) récupération du platine a été développé. Différentes alternatives de lixiviation (HCl/H2O2, HCl/HNO3), de séparation (par résine ou solvant), de récupération (sous forme de nanoparticules ou de sel) ont été testées. Le fonctionnement de ces processus de récupération du platine a alors été optimisé à partir de produits modèles (Pt/C et solutions synthétiques). Le choix de ces derniers a ensuite été orienté grâce à une étude d’analyse du cycle de vie (ACV) réalisée à l’échelle de l’AME.Enfin, 76% du platine contenu dans des AME composées de catalyseurs Pt-Co a pu être récupéré. Ce rendement a pu être obtenu après mise en place du procédé composé des étapes suivantes : (i) dissolution du Pt par lixiviation avec le mélange HCl/H2O2, (ii) séparation du cobalt sur résine échangeuse d’ions, (iii) récupération sous forme de nanoparticules par la voie polyol. Les résultats finaux d’ACV ont montré que le recyclage du platine permettrait une nette réduction des impacts environnementaux du cycle de vie d’AME de PEMFC. / The proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) can be used to convert chemical energy into electrical energy using hydrogen which can be produced from renewable sources. Platinum (Pt) is the best catalyst used to perform PEMFC electrochemical reaction catalysis. However Pt resources are low and his production (extraction and refining) is complex. Moreover the platinum price represents an important part of the PEMFC stack cost. Nowadays this technology is too expensive to be competitive with conventional energy conversion systems, and cannot be commercialized at a large scale. In addition, PEMFC electrode platinum loading could not be reduced without affecting the system performance and durability. Thus PEMFC production cost could be reduced by recovering platinum from used fuel cells.The main goal of this thesis was to develop a platinum recovery way from fuel cells membrane electrodes-assemblies (MEAs). In order to achieve this objective the following steps were combined in a hydrometallurgical process: (i) leaching, (ii) separation, (iii) recovery. Several alternatives were tested for each step: leaching (HCl/H2O2, HCl/HNO3), separation (resin or solvent), and platinum recovery (as nanoparticles or as a complex). These platinum recovery steps were optimized using Pt/C catalysts and synthetic solutions. Then life-cycle analysis (LCA) methodology has been used to help with the process selection.Finally, about 76% of the platinum contained in multi-metallic catalysts (PtCo/C) MEAs has been recovered. The following path has been followed in this case: (i) dissolution in HCl/H2O2 solution, (ii) separation from cobalt with an ion exchange resin, (iii) recovery has nanoparticles using the polyol process. The LCA study final results showed that a significant reduction of PEMFC MEA life-cycle environmental impact could be achieved by recycling Pt at these systems end-of-life.