Multicriteria decision making for the vulnerability analysis of complex energy systems

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1 Photo Mini CV Tairan WANG est né le 4 Avril 1986 à Changchun en Chine. Étudiant doctoral dans la Chair de «Systems Science and the Energetic Challenge, European Foundation for New Energy - Électricité de France, École Centrale Paris and Supélec, France». Diplôme d Ingénieur Généraliste d Ecole Centrale Paris. Diplôme Master en Science de l Électronique et Technologie à l Université Beihang. Diplôme Bachelor en Mathématiques et Mathématiques Appliquées. Résumé (Abstract) Embracing an all-hazard view dealing with deteriorations and failures, natural disasters, accidents and malevolent intentional acts, a framework for the vulnerability analysis of safety-critical systems and infrastructures is set up. A hierarchical structure organizes the information on the hazards, which is then manipulated through a decision making process for evaluation. We present the framework and its hierarchical model, and reform the evaluation focused on assessing the susceptibility of a safety-critical system to intentional hazards, considering criteria of diverse nature, such as: physical characteristics, social criticality characteristics, exposition to cascading failures, resilience. We use a ranking method to compare systems of different characteristics. The systematic process of analysis is presented with reference to nuclear power plants. A relative evaluation by ranking method and an absolute evaluation by classification method applied through a disaggregation procedure have been proposed. Then three different approaches are considered to assess the confidence of the classification-based vulnerability analysis model. The future work will be focus on how to combine the different perspectives together to refine and finally give a precise enough confidence value for the assignments. Then a inverse classification study is considerable. Mots-clés All-Hazard, Vulnerability Analysis, Susceptibility, Multi-Criteria, Decision Making Multicriteria decision making for the vulnerability analysis of complex energy systems Tairan WANG Laboratoire Génie Industriel, Ecole Centrale Paris Grande Voie des Vignes, Châtenay- Malabry, France. Téléphone : tairan.wang@ecp.fr Directeur de thèse Enrico ZIO Co-encadrant de thèse Vincent MOUSSEAU Début de thèse 02/2012

2 Contexte et Problématique The vulnerability of safety-critical systems and infrastructures is of great concern, given the multiple and diverse hazards that they are exposed to and the potential large-scale consequences. Objectif de la recherche We illustrate a decision-making framework intended to guide analysts, managers and stakeholders in the systematic identification of the sources of vulnerability and their effective management in an all-hazard perspective. Based on enough decisions made by experts, we expect that the method can then replace the experts. Méthodologie de recherche We conceptualize vulnerability as a global system property related to the system susceptibility to all hazards, intentional, random internal and natural, and to resilience. Notably, resilience should not be considered separately but for its effects on the susceptibility to three different kinds of hazards. The evaluation through the framework is shown by way of analyzing the susceptibility to intentional hazards of a safety-critical system, namely a Nuclear Power Plant (NPP), considering the vulnerability sources and the related features, the system technical and physical features, and the dependencies and interdependencies on other systems. The ranking is integrated into a ACUTA method in using an implementation of the method available in the Open Source software Diviz of the Decision Deck Project to give a whole ranking of the considered NPPs. The classification is integrated into a MR-Sort method in using CPLEX solver to give a whole classification of the considered NPPs. (i)monte Carlo simulation based learnability study, (ii) Bootstrapping and (iii) Leave-one-out cross-validation are used to give a confidence of the classification results with different perspectives.. Avancées & perspectives A representation of the essential terms for the analysis of susceptibility to the intentional hazards for a Nuclear Power Plant (NPP) is established. Furthermore, a case study is introduced and the results simulated under software Diviz and Eclipse are presented. The main contribution is the establishment of a foundation for development of hierarchical framework for vulnerability analysis. We ve managed to analyze and give a ranking and a classification of the NPPs. Further work will continue to be focused on the completeness of the framework, to better represent the susceptibility to the intentional hazards. The question of how to combine the different perspectives together to refine and finally give a precise enough confidence value for the assignments should also be considered. Based on all the previous work, we can then move to the step of a inverse classification study to optimize and ameliorate the current situation of the NPPs.

3 Bibliographie [1] Kröger W., Zio E., 2011, Vulnerable Systems, Springer, London, UK. ISBN [2] Zio E., Piccinelli R., Sansavini G., 2012 A Framework for Ranking the Attack Susceptibility of Components of Critical Infrastructures, CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, Vol. 26,2012 ISBN [3] National Water Resources Association NWRA, 2002 [4] Hofmann M., Kjølle GH., Gjerde O., 2012 Development of Indicators to Monitor Vulnerabilities in Power Systems, 2012 International Conference on Probabilistic Safety Assessment and Management (PSAM 11) & European Safety and RELiability Conference(ESREL 2012) [5] Furniss d., Back j., Blandfod A., Hildebrandt M., Broberg H., 2011, A resilience markers framework for small teams, Reliability Engineering & System Safety, Volume 96, Issue1, Januarty 2011, Pages 2-10 [6] Resilience : An approach to the concept [7] George E. Apostolakis., 2008, Risk and Decision Analysis in Infrastructure Protection, the 3rd International Workshop on Critical Information Infrastructure Security, (CRITIS 08), Rome, Italy [8] [9] Huard, P., Resolution of mathematical programming with nonlinear constraints by the method of centers. In: Abadie, J. (Ed.), Nonlinear Programming. Wiley, New York, pp [10] Sonnevend, G., An analytical centre for polyhedrons and new classes of global algorithms for linear (smooth, convex) programming. In: Prekopa, A., Szelezsan, J., Strazicky, B. (Eds.), Lecture Notes in Control and Information Sciences. Springer Verlag, Berlin, pp [11] Bous G., Fortemps P., Glineur F., Pirlot M., 2010, ACUTA: A novel method for eliciting additive value functions on the basis o holistic preference statements, European journal of Operational Research, 206 (2010) [12] Ye, Y., Interior Point Algorithms: Theory and Analysis. Wiley, New York. [13] U.S.NRC, planprep-nuc-power-bg.html [14] Hwang, C.L.; Yoon, K. (1981). Multiple Attribute Decision Making: Methods and Applications. New York: Springer-Verlag. [15] Yoon, K. (1987). A reconciliation among discrete compromise situations. 38. pp [16] Hwang, C.L.; Lai, Y.J.; Liu, T.Y. (1993). "A new approach for multiple objective decision making". Computers and Operational Research 20: [17] WANG,T., V.Mousseau, E.Zio(2013). A Hierarchical Decision Making Framework for Vulnerability Analysis, European Safety and RELiability Conference (ESREL 2013) [18] LEROY,A., V.Mousseau, M.Pirlot(2013). Learning the Parameters of a Multiple Criteria Sorting Method Based on a Majority Rule [19] Roy, B., Bouyssou, D.: Aide multicrière àla décision : méthodes et cas. Economica Paris, Paris (1993)

4 Photo Mots-clés Robust Optimization, Chance Constrained Programming, Unit- Commitment, Decomposition Methods, Bundle Methods Mini CV Wim van Ackooij est né le 12 juin 1979 à La Haye au Pays-Bas. Après l obtention de son MsC en «Technische Wiskunde» à l Université Technique de Delft, il s est installé en France en Salarié de la R&D d EDF depuis cette même année, il travaille sur les techniques d Optimisation avec des applications en Management d Energie. Enfin, depuis 2007, il donne des cours de façon régulière à l université Paris XI. Optimisation sous incertitudes avec processus de décision dynamiques : application à la gestion journalière de la production électrique Wim van Ackooij Cadre : Salarié à 100% d EDF R&D EDF R&D Département OSIRIS 1 Avenue du Général de Gaulle, Clamart, France Téléphone : wim.van-ackooij@edf.fr Résumé (Abstract) Le travail de thèse porte sur la programmation sous contrainte probabiliste. Sur un plan technique sont considérés la convexité de l ensemble admissible, la continuité et la différentiabilité de la contrainte probabiliste et l algorithmique de résolution des problèmes d optimisation sous contrainte en probabilité. L application visée est l optimisation de la production électrique à l horizon journalière en prenant en compte les incertitudes. Directeurs de thèse M. Minoux R. Henrion Début de thèse 02/2012

5 Contexte et Problématique Le problème dit de «Unit-Commitment» consiste à trouver un planning de production à coût minimal qui satisfasse la demande en énergie des clients et des services systèmes. Sa principale difficulté vient de la modélisation extrêmement détaillée du parc de production contenant les centrales thermiques, nucléaires et hydrauliques. Cette modélisation tente de représenter aussi finement que possible la réalité, afin que le planning «optimal» de production puisse être mis en œuvre en pratique. Sa grande taille, son caractère combinatoire et sa non-convexité rendent le problème difficile à résoudre. EDF dispose néanmoins d'un outil industriel de résolution du problème, dont la mise en place progressive a su profiter, au fil du temps, des avancées théoriques dans le domaine de la programmation mathématique. Or, le modèle actuel considère un monde entièrement déterministe. En pratique, afin de faire face aux aléas, un processus opérationnel supplémentaire a été mis en place et consiste en la mise à jour régulière du planning d origine. De plus, cette mise à jour est incomplète et n est pas effectuée en temps réel. Avec la percée des productions intermittentes, il peut s avérer que le planning d origine est inadéquat car difficile à adapter aux circonstances en infra-journalier. Il convient alors de considérer les incertitudes dès le calcul du planning d origine. Nous pouvons alors parler de planning «robuste» au sens où il doit permettre de s'adapter plus facilement aux réalisations observées de l'incertitude. La difficulté d une mise en place industrielle à terme de ce type d approche réside dans la résolution plus difficile du problème «robuste». Deux approches classiques sont l optimisation sous contrainte en probabilité et l optimisation robuste. De nombreuses questions sur le plan théorique restent en suspend telles la convexité du domaine admissible, la différentiabilité des contraintes, la stabilité de la solution et la résolution efficace des problèmes robustes. Objectif de la recherche L objectif de la recherche est de traiter les difficultés théoriques et pratiques mentionnées cidessus pour certaines classes de problèmes. L objectif à terme est de disposer d outils pour la mise en œuvre industrielle des approches robustes. Méthodologie de recherche Une formulation réaliste du problème de «Unit-Commitment» (voir [1]) avec contraintes probabilistes donne un problème d optimisation avec une ou plusieurs contrainte(s) jointe(s) en probabilité (ce sont des systèmes linéaires avec incertitudes sur les coefficients). Dans sa plus grande généralité, nous aurons donc des systèmes avec à la fois le membre droit aléatoire mais aussi la matrice aléatoire. Puisque le modèle actuel est déterministe, savoir résoudre le problème avec le membre droit aléatoire seul sera déjà une grande avancée. Pour le problème de «Unit Commitment», il ne s'agit pas d'une restriction abusive, car elle permet de prendre en compte aussi bien des aléas sur les apports, sur la demande et ceux liés à la mise en œuvre de systèmes de production intermittente (éolien, solaire). La méthodologie consiste donc dans le traitement des difficultés une-à-une. Elles seront investiguées de manière isolée. Une fois qu une méthodologie adéquate sera mise en place pour palier à une difficulté particulière, cette difficulté sera réintégrée à un système en contenant d autres.

6 Avancées & perspectives En considérant dans un premier temps un système consistant d un unique réservoir hydraulique, nous pouvons développer des approches pour le calcul efficace de gradients (voir [2,14,15]). Des systèmes hydrauliques plus complets peuvent ensuite être considérés et résolus de façon efficace (voir [3,4]). Même si les questions de convexité restent en suspend pour le cas de systèmes linéaires avec matrice soumis à incertitude, des formules de gradients peuvent être développées [5]. Toutefois une avancé sur la convexité a été obtenue pour des contraintes en probabilités soumis à une structure particulière [12]. Enfin, le problème de «Robust Unit-Commitment» global peut être résolu grâce à l utilisation de techniques de décomposition ([6,7], ou [8,9]). Sur la résolution même des problèmes d optimisation sous contraintes probabilistes, les approches de type «faisceaux» [11,13] semblent prometteur. Les perspectives sont : - Extension des résultats de convexité pour les problèmes d optimisation sous contraintes en probabilité. On peut mentionner un premier pas dans cette direction avec [12] - Extension des résultats pour le calcul efficace des gradients de contraintes en probabilité. Dans [14], une telle formule est développée pour le cas où le vecteur incertitude et de décision ne sont pas séparé. Des expériences numériques doivent encore être obtenus. - Considération de problèmes de «Robust Unit-Commitment» avec des modèles plus réaliste en ce qui concerne la production thermique (e.g. [10]) - Considération de l impact du «recours» sur le problème de Unit-Commitment Robuste. Bibliographie [1] W. van Ackooij, R. Henrion, A. Möller and R. Zorgati ; Chance Constrained Programming and Its Applications to Energy Management ; Chapter in Stochastic Optimization - Seeing the Optimal for the Uncertain (Eds. Ioannis Dritsas) ; INTECH open acces published ; pages ; ISBN [2] W. van Ackooij, R. Henrion, A. Möller and R. Zorgati ; On probabilistic constraints induced by rectangular sets on multivariate normal distributions; Mathematical Methods of Operations Research 71 (3) ; 2010 ; p [3] W. van Ackooij, R. Henrion, A. Möller and R. Zorgati ; Joint Chance Constrained Programming for Hydro Reservoir Management; to Appear in Optimization and Engineering [4] W. van Ackooij and R. Zorgati ; Estimating the probabilistic contents of Gaussian rectangles faster in Joint Chance Constrained Programming for Hydro Reservoir management ; EngOpt rd International Conference on Engineering optimization. Rio 2012 ; ISBN [5] W. van Ackooij and R. Henrion and A. Möller and R. Zorgati ; On joint probabilistic constraints with Gaussian coefficient matrix ; Operations Research Letters ; Volume 39 ; p ; 2011

7 [6] W. van Ackooij ; Decomposition Approaches for Block-Structured Chance-Constrained Programs with Application to Hydro-Thermal Unit-Commitment ; Submitted ; Preprint LGI Cahier de Recherche [7] R. Zorgati and W. van Ackooij ; Optimizing Financial and Physical Assets With Chance- Chance constrained Programming in the Electrical Industry ; Optimization and Engineering, Volume 12 Issue 1 p ; 2011 [8] M. Minoux (2008) "Solving some Multistage Robust Decision Problems with Huge Implicitly defined Scenario Trees". Algorithmic Operations Research, Vol 4, N 1, pp [9] S. Ben-Salem (2011) Gestion Robuste de la Production électrique à horizon court-terme ; Phd Thesis [10] N. Langrene, W. van Ackooij and F. Bréant ; Dynamic Constraints for aggregated units : Formulation and Application. ; IEEE Transactions on Power Systems ; Vol 26 (3) ; p ; August 2011 [11] W. van Ackooij and C. Sagastizabal ; Constrained Bundle Methods for Upper Inexact Oracles with Application to Joint Chance Constrained Energy Problems ; Submitted; Preprint ; 2012 [12] W. van Ackooij ; Eventual Convexity of Chance Constrained Feasible Sets ; Submitted 2013 [13] W. van Ackooij and W. de Oliveira ; Level Bundle Methods for Constrained Convex Optimization with various Oracles ; Computational Optimization and Applications ; Submitted; Preprint ; 2013 [14] W. van Ackooij and R. Henrion ; Gradient formulae for nonlinear probabilistic constraints with Gaussian and Gaussian-like distributions ; Submitted; WIAS Preprint No ; 2013 [15] W. van Ackooij and M. Minoux ; On a completion of the Henrion-Möller-Prékopa Gradient formula for Gaussian Distribution Functions ; Submitted; 2013

8 Mesure et Animation de la Performance de la Supply chain Mini CV Siham Lakri est née le 31 mars 1986 à Paris. Après un cycle préparatoire de 2 ans elle intègre l Institut Supérieur de Mécanique de Paris (SUPMECA). C est à la suite de son stage de 2 ème année chez Valeo Japon qu elle opte pour un double diplôme de fin d étude en effectuant le Master Recherche Modélisation et Management de la Conception (MoMaC) au sein de l ECP. Fin 2011 elle entreprend au sein de la Chaire Supply chain (SC) du Laboratoire de Génie Industriel de Centrale Paris une thèse sur la Performance de la Chaînes logistique en collaboration avec 5 partenaires industriels. Résumé L étude internationale «Global supply chain survey 2013» montre que les entreprises considérants la SC comme un atout stratégique «génèrent une rentabilité accrue de 30%» 1. Véritable levier de croissance des entreprises, la SC, originellement simple et linéaire est aujourd hui un système complexe (Surana et al., 2005). Dès lors, la problématique qui tente d être solutionnée au cœur des cercles d experts est celle de la Mesure et l Animation de la Performance de la SC. Elle constituera le point de départ de cette thèse. Les travaux jusqu ici entrepris sont de trois natures : un état de l art sur les notions clés, une étude benchmark sur les pratiques en termes d évaluation et de management de la performance SC menée auprès d une dizaine d entreprises et actuellement une modélisation systémique du système de mesure et d animation de la performance SC (SMAPsc). Mots-clés SC, performance, KPI, pilotage, approche systémique, création de valeurs Siham LAKRI Cadre : Chaire Supply chain Laboratoire Génie Industriel, Ecole Centrale Paris Grande Voie des Vignes, Châtenay- Malabry, France. Téléphone : siham.lakri@ecp.fr Directeur de thèse Jean-Claude Bocquet Co-encadrants de thèse Yves Dallery Zied Jemai Début de thèse Janvier

9 Contexte et Problématique Contexte Passant d un mode «poussé-piloté par l entreprise» à un mode «tiré-piloté par le client», une SC bien piloté devient la seule colonne vertébrale de l entreprise (Krebs, 2010). La mutation de la logistique vers le Supply Chain Management (SCM) n est pas un effet de mode, ou du moins pas uniquement, mais bien la preuve qu en rendant leur SC globale, plus réactive et plus flexible aux incontournables aléas de la demande et du marché, les entreprises réussissent à tenir debout. La SC se situe au cœur de l'activité des organisations, elle interagit avec de nombreuses autres fonctions de l entreprise telles que les achats et approvisionnements auprès des fournisseurs, le marketing, l'administration des ventes, la production, l'expédition etc (Baglin et al., 2005). Elle est de fait un levier d amélioration de la satisfaction des clients, de la pérennisation de l entreprise et de la satisfaction des actionnaires. La SC à la capacité d anticiper et de maîtriser les actions d'adaptation et de changement qui constitue, quelques soient leurs marchés, un enjeu crucial pour les entreprises industrielles et commerciales. Ainsi, «l efficacité d une SC conditionne la survie de l entreprise» 2. Problématique Comme nous avons pu le constater précédemment, la SC est vitale pour l entreprise. C est pourquoi les compagnies se concentrent sur les moyens d amélioration de la performance de leur SC. Pour améliorer il faut agir au travers de plans d action, prendre des décisions. Mais à quels niveaux de la chaîne? Sur quels composants (les organisations, les processus )? Et à quel moment opportun, face à cet environnement de plus en plus instable et de moins en moins prévisible? D autant plus que la prise de décision au sein de la SC s étend très vite à l ensemble de l entreprise au regard de ses nombreux partenaires tant internes (achat, marketing, vente ) qu externes (les clients et les fournisseurs). On conçoit assez aisément que la condition sine qua non au pilotage de la performance est la mesure de la performance, la mesure permettant d être factuel et de mettre en relief les anomalies. Ainsi le système de mesure aussi bien que le mode de pilotage associé doivent pouvoir être adapté à la diversité des critères de performance et à la multiplicité des interfaces à l environnement. La problématique de ce travail de recherche repose donc sur la conception d un système de Mesure et d Animation de la Performance de la SC (SMAPsc). (Notons que le système étudié n est pas celui de la SC elle-même, mais bien celui du SMAPsc). Objectif de la recherche Choix du terrain de recherche Dans l optique d étudier tous les aspects de la mesure et de l animation de la performance de la SC, le terrain d application final n a pas été a priori défini. On choisit, dans un premier temps en tout cas, de ne pas restreindre cette recherche à une structure de SC donnée ou à un environnement d entreprise particulier (secteur etc ). On s intéresse au système de mesure et d animation de la performance de la SC des entreprises en générale peu importe leur domaine et leur organisation a priori. Ceci dit, certaines études ponctuelles pourront s appuyer sur les référentiels des entreprises partenaires, voire d entreprises externes afin d entrer dans le concret et de valider certaines conclusions et/ou modèles génériques. 2 Jacques Pansard, consultant indépendant et professeur à l ESCP Europe et Paris Dauphine -

10 Finalité de la recherche Ce travail de recherche vise à éclaircir les besoins auxquels le SMAPsc doit répondre en vue d être efficient. En adoptant un point de vue systémique, on assure une démarche holistique (Le Moigne, 1999). Car en effet, le challenge associé à un tel système complexe repose en grande partie sur la capacité à tenir compte des multiples parties prenantes mises en jeu. En décrivant d une part ce qu est un tel système et d autre part en quoi les méthodes existantes échouent ou réussissent, on pense favoriser la connaissance et la compréhension des enjeux auxquels il doit faire face, et ainsi offrir des clés de construction, voire d évaluation, de système de mesure et d animation pertinent pour améliorer la performance des SC. Méthodologie de recherche La démarche générale de recherche entreprise jusqu ici repose sur trois types de travaux: - L élaboration d un état de l art sur les concepts clés et outils liés à l évaluation et le pilotage de la performance de la SC - Une étude benchmark sur un panel d une dizaine d entreprises reposant sur 11 critères renseignés à partir d entretiens. - Le déploiement d une démarche systémique consistant à isoler le SMAPsc afin de rendre compte de son rôle, de ses composants et des acteurs qui y sont rattachés. Par ailleurs, ce sujet de recherche est rythmé par des réunions régulières, dites «demijournées d experts», qui sont l occasion de rassembler les partenaires industriels et autres experts SC afin d échanger et de confronter les propositions académiques aux propositions côté «terrain». Résultats de la recherche Les trois workpackages décrits précédemment ont respectivement conduit : - A une synthèse sur les caractéristiques d une SC, les multiples définitions du SCM, le concept de performance, les indicateurs de la SC, les méthodes d évaluation de la performance SC, les modes de pilotage de la performance SC ainsi que la systémique comme cadre adapté à l analyse des systèmes complexes. - Aux conclusions de l étude benchmark qui sont de deux types : une liste des tendances des entreprises aujourd hui et le constat de corrélation entre le business model et les pratiques d évaluation de la performance - Un premier livrable de la démarche systémique : le cahier des charges du SMAPsc Conclusion : les pistes de recherche La suite de la recherche devrait porter sur, d une part, la validation des résultats de l étude benchmark en l étendant à un échantillon d entreprises plus important par le biais d un formulaire numérique ; et d autre part, la poursuite de la démarche systémique et son application sur un processus (Plan Directeur de Production ou Plan Industriel et Commercial). Bibliographie Baglin, G., Bruel, O., Garreau, A., Greif, M., Collectif, Management Industriel et Logistique : Conception et pilotage de la Supply Chain, 4e édition. ed. Economica. Krebs, B., Le livre blanc de la Supply chain. Le Moigne, J.L.L., La Modélisation des systèmes complexes. Dunod. Surana, A., Kumara *, S., Greaves, M., Raghavan, U.N., Supply-chain networks: a complex adaptive systems perspective. Int. J. Prod. Res. 43,

11 Mini CV Hakim IDJIS est néle 14/09/1986 à Bejaia en Algérie. Après avoir obtenu un diplôme d ingénieur en Génie Industriel de l Ecole polytechnique d Alger en 2010, il s installa en France pour la préparation d un master en Génie Industriel à l Ecole Centrale Paris. Une fois le master validé, il continue en thèse CIFRE avec PSA Peugeot Citroën, depuis 2012, et dans le cadre de la chaire de recherche «Armand Peugeot». Résumé (Abstract) Le travail de recherche abordé dans cette thèse, consiste à la formalisation d une méthodologie d aide à la conception d une filière de recyclage des produits en fin de vie, appliquée aux batteries. L'approche proposée comporte deux étapes. La première étape sert àla modélisation du réseau de recyclage et la caractérisation des éléments du problème (périmètre du système, variables et paramètres), en utilisant une analyse systémique. La deuxième étape consiste àélaborer des scénarios sur les configurations de cette chaîne de valeur, puis l'optimisation de leurs fonctionnements. Nous considérerons des hypothèses sur le positionnement des acteurs, ainsi que sur les données logistiques. L outil utilisé pour la simulation est la «dynamique des systèmes». Déploiement de la filière de recyclage des batteries à l horizon 2025 : Elaboration et optimisation de scénarios Hakim IDJIS Cadre : CIFRE : PSA Peugeot Citroën Ecole Centrale Paris Laboratoire Génie Industriel, Ecole Centrale Paris Grande Voie des Vignes, Châtenay- Malabry, France. hakim.idjis@ecp.fr PSA Peugeot Citroën Vélizy A - Route de Gisy VELIZY VILLACOUBLAY hakim.idjis@mpsa.com Directeur de thèse Jean-Claude Bocquet Co-encadrants de thèse Danièle Attias Asma Ghaffari Début de thèse 06/2012 Mots-clés Véhicule électrique, recyclage, logistique inverse, business model.

12 Contexte et Problématique La prise en compte des conséquences des activités humaines sur l environnement est devenue un des critères d évaluation des processus de décision des donneurs d ordre du monde industriel. Dans ce contexte, l industrie automobile est pleinement impliquée puisqu elle fut parmi les premières industries soumises à des réglementations environnementales (La directive 2000/53/CE sur les véhicules hors d usage, la directive 2006/66/CE pour le traitement des piles et accumulateurs). Les politiques environnementales créent des opportunités d innovation majeures comme le véhicule électrique (Charue-Duboc et Midler, 2011). Ces projets d innovation présentent souvent de fortes incertitudes. Plusieurs travaux de recherche ont étémenés pour apporter des réponses àcette nouvelle problématique de recyclage en fin de vie, notamment sur les matières plastiques, le verre (Farel et al., 2013) ou l aluminium (Mathieux et Brissaud, 2010). Notre travail s inscrit dans cette démarche et concerne les batteries, avec un focus sur les batteries au lithium des véhicules électriques. La spécificité de cette problématique est liée d une part au volume et la dangerosité des produits manipulés, d autre part aux enjeux du recyclage, à savoir la conformitéàla réglementation, les bénéfices économiques de la réutilisation en 2 nd vie des batteries et en dernier, la disposition de matières premières recyclées. Objectif de la recherche L intérêt de ce sujet pour l entreprise réside dans l identification d une configuration de la chaîne de valeur associée àla fin de vie des batteries. Cette chaîne de valeur doit permettre de se conformer àla réglementation en vigueur tout en maitrisant le coût global des batteries. Méthodologie de recherche Le travail de recherche abordé dans cette thèse, consiste à la formalisation d une méthodologie d aide à la conception d une filière de recyclage des produits en fin de vie dans un environnement incertain, appliquée aux batteries. Cette conception passe par une première étape de modélisation de la filière de recyclage puis par une étape d optimisation de son fonctionnement (Idjis et al., 2013a). Les incertitudes àconsidérer sont de type : - Quantitatif : les gisements, débouchés de recyclage et les procédés (Hoyer et al., 2011) - Qualitatif : Il s agit de prendre en compte le positionnement de PSA dans cette filière, ainsi que ceux des autres acteurs àtravers différents business models. Le recyclage inclut l utilisation en seconde vie de tout ou partie des composants ou le recyclage matière. L optimisation englobe le dimensionnement des infrastructures et l optimisation des flux logistiques, dans le but de satisfaire les performances qui seront définies par les parties prenantes de cette filière. Avancées & Perspectives En s appuyant sur la démarche de travail définie par la convention CIFRE, je me suis constitué une connaissance bibliographique sur les aspects techniques, économiques et organisationnels liés au recyclage des batteries au lithium. Dans un second temps, je me suis intéressé à l analyse systémique de la filière de recyclage. L objectif était de définir un

13 schéma type de la chaîne de valeur, les parties prenantes et en dernier, les variables et paramètres permettant le dimensionnement de cette chaîne de valeur. Ce dernier élément est le plus important, et a nécessitéla mise en place de nombreuses réunions avec des experts au sein de l entreprise (PSA) afin de valider ces variables et renseigner leurs grandeurs. Après cette étape, il s en est suivi une étape de simulation en utilisant un modèle de la dynamique des systèmes. Les premiers résultats ont étéprésentés en conférences (Idjis et Ghaffari, 2013) (Idjis et al., 2013b), workshop et journées posters. Le temps restant de la thèse sera consacré à la finalisation de la simulation et l optimisation, qui nécessite une réflexion sur deux niveaux (quantitatif et qualitatif) : Une réflexion sur les données technico-économiques (quantitatives) qui est dans la continuité du travail entamé jusqu à présent. Une réflexion sur les scénarii d évolution de la chaîne de valeur en tenant compte des positionnements stratégiques des acteurs, l évolution de la conjoncture économique et de la mobilité. Une dernière étape d optimisation permettra de planifier le déploiement optimal de la chaîne logistique.. Bibliographie (Charue-Duboc et Midler, 2011) : Charue-Duboc, F.; Midler, C. Quand les enjeux environnementaux créent des innovations stratégiques : Le cas du véhicule électrique de Renault. Revue française de gestion. N 215, p , (Farel et al., 2012) : Farel, R.; Yannou, B.; Ghaffari, A. et Leroy, Y. «A cost and benefit analysis of future end-of-life vehicle glazing recycling in France: A systematic approach», Resour. Conserv. Recycl., vol. 74, p , (Hoyer et al., 2011) : Hoyer,C.; Kieckhäfer, K.; Spengler, T. A Strategic Framework for the Design of Recycling Networks for Lithium-Ion Batteries from Electric Vehicles. Proceedings of the 18th CIRP International 79 Conference on Life Cycle Engineering (Idjis et al., 2013a) : Idjis, H.; Attias, D.; Richet, S.; Bocquet, J.C. Designing a Sustainable Recycling Network for Batteries from Electric Vehicles : Development and Optimization of Scenarios. In Collaborative Systems for Reindustrialization. Camarinha-Matos, L.M. Camarinha-Matos and R.J. Scherer (Eds.): PRO-VE 2013, IFIP AICT 408, pp , (Idjis et al., 2013b) : Idjis, H.; Ghaffari, A.; Richet, S. Towards sustainable recycling networks for batteries from electric vehicles in EU-27. A system dynamics approach modeling and analysis. 26th European conference on operational research. Rome (Idjis et Ghaffari, 2013) : Idjis, H.; Ghaffari, A. Modeling sustainable recycling logistic network for batteries from electric vehicles in EU-27: A system dynamics approach. Proc. CSDM 2013, Paris, (Mathieux et Brissaud, 2010) : Mathieux, F.; Brissaud, D. End-of-life product-specific material flow analysis. Application to aluminum coming from end-of-life commercial vehicles in Europe. Resources, Conservation and Recycling, vol. 55, p , 2010.