Sommaire. Exercices d éco-conception

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2 H.Maire Exercices d éco-conception Sommaire A 1 : Analyser la discussion entre Jamy et Loulou...5 A2 : Eco-conception d une flûte (non corrigé)...5 A3 : Mise en œuvre de quatre étapes d éco-conception : La chaise de bureau...11 A4 : Mise en œuvre de quatre étapes d éco-conception : Le piano...18 A5 : Préparation de l analyse de cycle de vie sur logiciel : La bouilloire...27 A6 : Préparation de l ACV sur logiciel : La souris d ordinateur (non corrigé)...33 A7 : Revue critique d une ACV : Le chauffage collectif bois ( non corrigé)39 A8 : Démarche globale d éco-conception pour une guitare électrique...43 A9 : Réflexion sur l élaboration d une ACV de cafetière...48 A10 : Cadrage de l ACV d une paroi de maison à ossature bois...63 A11 : Eco-conception d une poutre de plancher...69 A12 : Compréhension des modèles de calcul en analyse de cycle de vie. 72 A13: Analyse fonctionnelle et identification des Aspects Environnementaux d un téléphone portable...77 A14 : Calcul des incertitudes en ACV...80 A15 : Eco-bilan comparé entre un bateau électro-solaire et diesel...93 A16 : Application de l ACV pour une pompe à chaleur (non corrigé)...98 A17 : Analyse bibliographique en vu de l'éco-conception d'une pompe à chaleur A18 : conduite d'un mini projet d'éco-conception (non corrigé) A19 : Comparaison des impacts environnementaux d'une voiture à essence et d'une voiture électrique A20 : Soutenabilité dans l'électronique: le cas des matériaux...112

3 H.Maire Exercices d éco-conception A21 : Initiation à l' analyse de cycle de vie A22 : examen éco-conception A23 Tester vos connaissances sur la méthode de calcul Usetox A24 Analyse comparée de trois études concernant l'usage d'ampoule basse consommation A25 Eco-conception et moteurs électriques ELEMENTS DE REPONSE AUX APPLICATIONS A 1 : Analyser la discussion entre Jamy et Loulou A2 : Eco-conception d une flute A3 : Mise en œuvre de quatre étapes d éco-conception : La chaise de bureau A4 : Mise en œuvre de quatre étapes d éco-conception : Le piano A5 : Préparation de l analyse de cycle de vie sur logiciel : La bouilloire. 149 A6 : Préparation de l ACV sur logiciel : La souris d ordinateur A7 : Revue critique d une ACV : Le chauffage collectif bois A8 : Démarche globale d éco-conception pour une guitare électrique A9 : Réflexion sur l élaboration d une ACV de cafetière A10 : Cadrage de l ACV d une paroi de maison à ossature bois A11 : Eco-conception d une poutre de plancher A12 : Compréhension des modèles de calcul en analyse de cycle de vie A13: Analyse fonctionnelle et identification des Aspects Environnementaux d un téléphone portable A14 : Calcul des incertitudes en ACV A15 : Eco-bilan comparé entre un bateau électro-solaire et diesel A16 : Application de l ACV pour une pompe à chaleur A17 : Analyse bibliographique en vu de l'éco-conception d'une pompe à chaleur A18 : conduite d'un mini projet d'éco-conception...195

4 H.Maire Exercices d éco-conception A19 : Comparaison des impacts environnementaux d'une voiture à essence et d'une voiture électrique A20 : Soutenabilité dans l'électronique: le cas des matériaux A21 : Initiation à l' analyse de cycle de vie ** A22 : examen éco-conception A23 Tester vos connaissances sur la méthode de calcul Usetox A24 Analyse critique sur trois études comparées concernant l'usage d'ampoule basse consommation A25 Eco-conception et moteurs électriques...216

5 A2 : Eco-conception d une flûte (non corrigé) Objectif de l application : Suivre le descriptif d une démarche d éco-conception pour s initier. Domaine technique et particularité de l application : Lien avec les matériaux et les procédés de fabrication. La description est jalonnée de remarques d hypothèses et de questions à se poser. Introduction : Nous proposons d explorer les possibilités de l éco-conception en étudiant la flûte à bec. Pour cela nous allons travailler sur les quatre étapes principales d une démarche d éco-conception, l analyse du contexte, l analyse du produit, l amélioration du produit, et l intégration industrielle. Analyse du contexte : Il s agit ici d identifier les raisons qui conduisent l entreprise à entreprendre cette démarche. La volonté de cibler un client sensible aux problèmes environnementaux peut être l une de ces raisons. Des exigences réglementaires concernant les matériaux sont à examiner du fait du contact avec la bouche. L augmentation des prix de matières premières de qualité n est pas à négliger. On constate qu un ensemble de conditions liées au marché et à sa régulation peu influencer l entreprise dans ces choix d avenir. Pour traiter notre exemple, on considérera que l entreprise à réalisée ce pré diagnostique et à conclu à la nécessité d entreprendre une démarche d écoconception. Analyse du produit : Cette analyse nécessite une description de l objet, de l entreprise, du type d utilisation supposée de la flûte et enfin de son devenir après utilisation. Description de l objet : La fonction principale de la flûte est de produire de la musique selon des caractéristiques acoustiques spécifiques à la flûte à bec. Le niveau de gamme dépend du musicien. Est ce un enfant? Un adulte? Est-il expérimenté ou non? Quel prix est-il prêt à consentir? Les réponses à ces questions orientent les choix techniques et notamment du matériau. Par conséquent, une flûte à bec peut être réalisée avec plusieurs matériaux, cela dépend du marché visé par l entreprise. Le milieu Page 6 sur 219

6 A3 : Mise en œuvre de quatre étapes d éco-conception : La chaise de bureau Objectif de l application : Cet exercice permet de s exercer à la conduite d un projet d éco-conception. Domaine technique et particularité de l application : travail à réaliser sur le choix des matériaux en éco-conception et sur l analyse en conception mécanique. Support théorique conseillé : chapitres : Contexte et enjeux industriels, Outils d éco-conception, organisation industrielle, valorisation de produit, matériauxprocédés-assemblage. Description du produit : Fig 1 : Vue 3D de la chaise de bureau Fonction principale Permettre à un adulte de rester en position de travail assise durant 8h/j. Page 11 sur 219

7 Fonctions secondaires Fonctions de contraintes Régler la hauteur Régler la profondeur d assise Régler les accoudoirs- Régler l appui tête- Régler l appui lombaire- Pouvoir se déplacer sur sol plat Permettre la respiration du dos. Respecter la norme CE - Résister à une charge de 120 kg avec un coefficient de sécurité de 2. (Orientation de la charge selon schéma). Description de l entreprise : Dans cet exercice, l entreprise n est pas décrite. La seule chose que l on sait est que l entreprise est basée en France. Les fournisseurs et sous traitants sont mondiaux. Le marché est assez haut de gamme à destination d usagers professionnels, en Europe. Objectif éco-conception pour l entreprise : Valoriser cette chaise auprès de ses clients professionnels. Étape 1 : Analyse du contexte Q1) Quels sont les éléments que vous devez examiner afin de cerner le contexte dans lequel devra se dérouler le projet? Q2) Identifier les enjeux environnementaux, sociaux et économiques auxquels vous pouvez être confrontés au cours du projet. Signaler si ces enjeux sont plutôt pour l industriel ou plus globaux. Étape 2 : Analyse environnementale Cette étape n est pas réalisée en détail dans cet exercice. Seule la recherche de l unité fonctionnelle et une analyse simplifiée sont proposées. Q3) Rechercher une unité fonctionnelle pour cette chaise de bureau. Q4) A partir des informations suivantes, réalisez une matrice MET. (Matériaux, Énergie, Toxicité). Page 12 sur 219 Matériaux Procédés Substances Infos divers

8 Fig 2 : Schéma cinématique et répartition des efforts Q4) Compléter le tableau suivant : Numéro Type de liaison de liaison Pièce/sous ensemble associé Q5) Calculer les moments maximum en B et E lorsque l utilisateur s assoie en C. (Poids maxi utilisateur = 120kg) Page 14 sur 219

9 Description de la filière de recyclage : - Démontage et tri manuel pour les tissus. (95%) - Démontage manuel des sous ensembles en trois parties : assise, dossier, partie basse. (95%) - Broyage des trois parties (100%) - Tri magnétique ( 80%) - Tri par courant de Foucault ( 50%) - Tri densimétrique (90%) Q9) Calculer le taux de recyclage Q10) En utilisant l analyse fonctionnelle technique (fig3) et les données précédentes, proposer un ou plusieurs matériaux issues de ressources renouvelables (bio sourcé) pour concevoir le dossier. 4 (Reuter 2003). Fig 3 : Décomposition fonctionnelle technique du dossier Page 16 sur 219

10 A4 : Mise en œuvre de quatre étapes d éco-conception : Le piano Objectif de l application : Cet exercice permet de s exercer à la conduite d un projet d éco-conception de produit électronique. Domaine technique et particularité de l application : Des notions d électronique sont utilisées. Le travail à réaliser porte sur le traitement en fin de vie du matériel D3E, l interprétation des impacts environnementaux pour l amélioration, l écoconception en vue du recyclage, l optimisation des transports et l intégration d outils d éco-conception dans l organisation. Chapitre de référence dans le livre : Contexte et enjeux industriels, Réglementation Européenne, Analyse de cycle de vie et Outils d éco-conception. Contexte du sujet : Vous êtes consultant en éco-conception dans un bureau d étude spécialisé. Votre mission est d accompagner une entreprise de conception et fabrication d instrument de musique électronique pour lui permettre de mieux valoriser les aspects environnementaux des produits et de l entreprise dans son ensemble. L entreprise espère ainsi toucher un public jeune, sensibilisé au sujet de l environnement pour récupérer des parts de marchés sur ses concurrents. Les concurrents misent soit sur une politique d entrée de gamme à prix faible soit sur du haut de gamme. A contrario l entreprise que vous accompagnez fournie de bons instruments sans viser le musicien «professionnel». Description de l entreprise : Son instrument phare est le piano électrique. L entreprise produit également des guitares électriques, des orgues et synthétiseurs. Le volume de vente est d environ instruments par an pianos, 4000 guitares, 1500 synthétiseurs et 500 orgues. Son marché privilégié est l Europe. De faibles importations sont à destination de certains pays d Afrique du Nord. L entreprise a une taille d environ 500 employés répartis sur deux sites, l un de production l autre le siège où se déroule le développement et la commercialisation. Le site de production est basé dans l est de l Europe et le siège en région Parisienne. L entreprise souhaite, pour pérenniser son Page 18 sur 219

11 Q4) Au regard des résultats d ACV réalisés sur ce produit, déterminer les deux principaux sous ensembles ou étapes sur lesquels il faut agir pour participer à la diminution des impacts environnementaux de ce type de produit en Europe. Proposer quelques pistes d amélioration pour ces deux sous ensembles. (Résultats obtenus en pt normalisé avec Impact 2002+) Extraction et fabrication : Résultats Normalisés Bloc diagram fonctionnel (tous composants sauf alim) Human Health Ecosystem quality Climate change Resource s Câblage externe du piano E E Transformateur électrique Corps en mélaminé et structure acier (1m2) Transport ( 0,5m3 en camion sur 1000 km en moyenne) E Fin de vie (scénario France) 2.1 E E E E-6 Tab 1 : Résultats d'analyse environnementale Q5) Pensez vous que les mêmes résultats peuvent être utilisés pour les ventes en Afrique du Nord? Justifier. Q6) Dites quelles implications peuvent avoir les exigences de la directive D3E sur la conception du produit. Q7) Afin d optimiser le traitement en fin de vie du produit, nous souhaitons appliquer quelques règles d éco conception pour la fin de vie au produit. Proposez 5 règles à appliquer à ce produit.( On s inspirera des règles de «conception pour le démantèlement (CpD)»). Q8) Construisez un scénario de traitement en fin de vie du produit en utilisant les figures 1 à 6. Page 25 sur 219

12 engendre au cours de son «cycle de vie» et proposer des améliorations. Domaine technique et particularité de l application : Des connaissances générales en éco-conception et sciences industrielles ainsi qu une connaissance partielle de l ISO et des impacts environnementaux sont demandées. Objectif de l application Modéliser un produit sur un logiciel d analyse environnementale pour mettre en évidence les impacts environnementaux qu il engendre au cours de son «cycle de vie» et proposer des améliorations du produit. Fig1: Exemple de bouilloire de 1 litre. Objectifs pédagogiques: - Apprendre l usage d un logiciel d analyse de cycle de vie. - Connaître le lien entre modélisation et norme iso 1404x. - Découvrir les bases de données et méthodes de calcul utilisées dans la modélisation. - Rappeler les mécanismes environnementaux utilisés pour le calcul des coefficients d évaluation. - Interpréter les résultats d analyse pour proposer des améliorations de performances environnementales - Proposer et tester des scénarios alternatifs sur la vie du produit. Pré requis : Connaissances générales en éco-conception et sciences industrielles Connaissances en ACV selon ISO Connaissance des impacts environnementaux Données d entrée : Page 28 sur 219

13 A6 : Préparation de l ACV sur logiciel : La souris d ordinateur (non corrigé) Objectif de l application : Introduction à la modélisation d une ACV sur un logiciel dédié à l éco-conception pour l électronique. Domaine technique et particularité de l application : Des notions d électronique sont utilisées. Le travail à réaliser porte sur le choix de bases de données, l identification de substances dangereuses et les problèmes de conception en vue du recyclage. Sous objectifs : Apprendre l usage du logiciel EIME Découvrir les bases de données et méthodes de calcul utilisées dans la modélisation. Identifier les indicateurs de conception Pré requis : Connaissance des impacts environnementaux Connaissances générales en éco-conception et sciences industrielles Connaissances en ACV selon ISO Description : Repère N br Désignation Caractéristiques Matériau et fabrication Poids(g) N 1 Molette Transparent Polycarbonate 3 M 1 Paire de bouton( gauche et droit) Transparent Polycarbonate injecté 5 L 1 Demi boîtier intérieur Transparent Polycarbonate injecté 18 K 1 Diffuseur Transparent Polycarbonate injecté 8 J 4 Ressort H = 10 mm Diam 4mm int I 1 Del rouge haute luminosité Diam 5mm, corps blanc Acier à ressort 3x4 Page 33 sur 219

14 A7 : Revue critique d une ACV : Le chauffage collectif bois ( non corrigé) Objectif de l application : Vérifier la «qualité» d une étude d analyse de cycle de vie. Domaine technique et particularité de l application : Des notions d énergétique du bâtiment sont préférables. Les principaux points de la norme d analyse de cycle de vie sont utilisés. Document étudié : Bilan environnemental du chauffage collectif (avec réseau de chaleur) et industriel au bois, note de synthèse décembre Référentiels utilisés : Iso pour la méthodologie ACV. Iso pour la forme du rapport. Document d'étude utilisé : ACV_Bois_Coll_Ind.pdf téléchargé à l'adresse : Remarque : Il ne s agit pas ici d une revue critiquer conforme aux exigences de revue critique de la norme car nous ne disposons pas du document intégrale ni du temps nécessaire. I)Définition des objectifs et du champ de l étude ( chap 4.2) Rappel : Pour être conforme à Iso 14044, la définition doit présenter sans ambiguïté les exigences suivantes: Vérifiez et commentez. Exigences Iso : Objectif Description de l'application envisagée Les raisons conduisant à l étude C/ NC 5 Commentaire 5 C/NC = Conformer/ Non Conforme Page 39 sur 219

15 A8 : Démarche globale d éco-conception pour une guitare électrique Objectif de l application : Améliorer le bilan environnemental d une guitare à partir des résultats d analyse de cycle de vie. Domaine technique et particularité de l application : Les résultats d analyse de cycle de vie sont exploités pour travailler sur l amélioration du produit. Des notions d électronique sont utilisées. On fait également appel à des connaissances sur le choix des matériaux. Description du sujet : Vous venez d être embauché chez un fabricant d instrument de musiques pour développer l éco-conception au sein de l entreprise. Votre poste s intitule «conseillé technique en innovation-et environnement». L entreprise est débutante sur ce sujet. Vous avez 3 mois pour faire la preuve que l entreprise a fait un bon investissement en vous employant. Au-delà des trois mois, si vous êtes convaincant, vous disposerez d un an pour intégrer l éco-conception dans l entreprise de manière pérenne. Description de l entreprise : Cette entreprise est une PME d environ 150 personnes spécialisée dans la conception et fabrication d instruments de musique. Son positionnement sur le marché est mondial et se situe entre le moyen et haut de gamme. Son lieu d implantation est Rennes. Sa gamme de produit est composée de guitares électriques, de flûtes et de cymbales pour batteries. L entreprise se porte bien financièrement mais la direction vous avoue perdre régulièrement des parts de marché pour ces trois types d instruments à cause de la concurrence Internationale. Le personnel est passionné par son travail et le comité de direction attentif à ses salariés souhaite leur proposer une nouvelle aventure pour pérenniser l entreprise, ce sera l éco-conception! Description des instruments avant éco-conception: Guitare : Corps en bois, 6 Micros Haut de Gamme, 6 cordes métalliques, mécanique d accordage en acier chromé. Flûte : Modèle en bois pour flûte droite et modèle métallique pour flûte traversière. Page 43 sur 219

16 Q4) Fin de vie. Le sujet du recyclage apparaît fondamental pour l entreprise. Pour une des trois options proposées précédemment, définissez un scénario de recyclage possible. Vous préciserez les outils éventuellement utilisés pour évaluer le taux de recyclage théorique. Q5) Culture d entreprise. Pour mettre cette entreprise en ordre de marche sur cette nouvelle problématique, vous avez constaté un «déficit culturel» relatif à l environnement dès les premières semaines de travail. Pour que l entreprise adhère à cette démarche et que l équipe soit opérationnelle pour vous aider dans votre tâche, vous devez élaborer un plan de sensibilisation et formation. Que proposez-vous? Précisez les contraintes. Q6) Analyse approfondie. Vous avez enfin réussi votre période d essai avec succès! Vous allez maintenant entreprendre un travail de fond afin de faire monter en compétences l entreprise et permettre à ceux qui vous ont accompagné dans le projet de récolter les fruits de leur travail. Vous disposez du soutien d une équipe soudée, d une bonne crédibilité et votre ambition d améliorer fondamentalement ces produits est intacte. Vous entreprenez maintenant une Analyse de cycle de vie. Voici les résultats obtenus : Résultat 1 : Corps en bois 80% 60% 40% 20% 0% Corps guitare BOIS micro mécaniques de réglage Cordes Sens de lecture pour chaque indicateur : De gauche à droite : Corps de guitare bois Amplificateur Mécanique de réglage Cordes Page 45 sur 219

17 A9 : Réflexion sur l élaboration d une ACV de cafetière Objectif de l application : S initier à l ensemble des étapes d une analyse de cycle de vie. Domaine technique et particularité de l application : prise de connaissance des difficultés méthodologiques de l analyse de cycle de vie. Le travail porte sur le cadrage, l inventaire, l analyse et l interprétation. L analyse de l inventaire est effectuée sans logiciel afin de mieux comprendre le modèle. L interprétation prend en compte les incertitudes. Contexte de l'étude Le marché : Modèle, haut de gamme, vendu principalement en Europe et aux États Unis. 50 % du marché est en France, 30 % en Allemagne et 20 % aux États Unis. La production : Le fabricant est en région Parisienne et le distributeur Allemand est à Munich et à New York pour les États Unis. Le service éco-conception : L'étude est réalisée par un bureau d'étude spécialisé pour le compte du fabricant désireux de participer à une étude commandité par l'ademe. Données techniques Puissance 1500 Watts Fonctionnement toujours en nominal Volume Min = 0 Il dépendra de l'usage Max = 1 litre Nombre cycle testés en laboratoire 3650 Autrement dit 5ans à raison d une fois par jour. ( confirme le relevé statistique) Tab1 : Caractéristiques d une cafetière «standard» Page 48 sur 219

18 Fig 1 : Vue éclatée d'une cafetière «standard» Sous ensemble Pièces matière fab poids Bloc principal PP Injection HP 0.2 kg poignée PU Moulage 0.1 kg Pièces filtre PE Injection HP 0.05 kg plastiques Couvercle PP Injection HP 0.05 kg supérieur 4 pieds Caoutchouc Moulage kg piece Pièces Cuve Aluminium Formage 0.2 kg Page 49 sur 219

19 Fig 2 :Résultat de caractérisation sur le cycle de vie de la cafetière pour 3 indicateurs Questions à traiter Q1) Les scénarios ainsi décrit vous semblent-ils suffisants? Q2) Pourquoi a-t-on édité les résultats selon ces trois indicateurs? En préconisez vous d autres? Q3) Pouvez-vous conclure quant à l étape du cycle de vie la plus impactant? Q4) Que préconisez-vous pour améliorer le «système de produit» Au regard de l indicateur des gaz à effet de serre, «GES». Au regard de l indicateur «effet cancérigène». Au regard de l indicateur «épuisement des ressources» Q5) quelle nouveau problème pourrit surgir de cette amélioration? Faut-il compléter les indicateurs? Page 58 sur 219

20 A10 : Cadrage de l ACV d une paroi de maison à ossature bois Objectif de l application : Préparer l analyse de cycle de vie d une paroi constructive. Domaine technique et particularité de l application : Bâtiment et matériaux. Contexte de l étude : Cette étude est demandée dans le but de participer à l élaboration d une base d information auprès des architectes qui souhaiteraient sélectionner une paroi constructive parmi un éventail de possibilités. Objectif de l étude : Comparer des parois constructives en ossature bois, réalisées avec deux isolants de nature différente et avec deux épaisseurs différentes. Objectif pédagogique 1 : Cadrage de l'étude Pré requis : Connaissances générales en éco-conception et sciences industrielles Connaissances de base en ACV selon ISO Connaissance des impacts environnementaux Connaissance en construction de bâtiment. Travail demandé : 1) Faite une analyse fonctionnelle de la paroi constructive d une maison. 2) Proposer une unité fonctionnelle de la paroi. 3) Définir un flux de référence. 4) Proposer des éléments constructifs permettant de réaliser la paroi proposée sur le dessin. (Utiliser la Fig 1 et TAB 1 ). 5) Identifiez les moyens de fabrication et de mise en œuvre des éléments constructifs. (TAB 1 : Nomenclature de la paroi) 6) Compléter la nomenclature en dimensionnant les éléments constructifs au flux de référence. ( TAB 2 : ) Page 63 sur 219

21 ventement Bardage bois Pare pluie Pare vapeur Plâtre Isolant V1 Tab2 : Nomenclature de la paroi, mise à l'échelle du flux de référence. Objectif pédagogique 2 : Modélisation Introduction à la modélisation d une ACV sur ordinateur. Sous objectifs : Apprendre l usage du logiciel Simapro Connaître le lien entre modélisation et norme iso Découvrir les bases de données et méthodes de calcul utilisées dans la modélisation. Appliquer l ACV à un modèle constructif du bâtiment. Travail demandé : 8 ) En vu d'analyser la construction de la paroi, il vous est demandé de construire les sous ensembles sur le logiciel et de choisir les bases de données adaptées. Justifier vos choix dans les onglets commentaire du logiciel. 9 ) Construire le modèle d'analyse avec les scénarios proposés ci-dessous (itération1) 10) Proposez des indicateurs environnementaux adaptés à l'étude. Vous utiliserez le cadrage de l'étude et les flux identifiés lors de cette modélisation. Justifiez. 11) Quelles informations complémentaires pourriez-vous apporter pour décrire la paroi à ossature bois? Quelles pourrait-être l'augmentation des émissions polluantes induites? Page 65 sur 219

22 A11 : Eco-conception d une poutre de plancher Objectif de l application: Proposer des solutions alternatives à la conception d un support de plancher en suivant une démarche d éco-conception. Domaine technique et particularité de l application : résistance des matériaux, choix de matériaux, procédés et assemblages innovants. Particularités : On déterminera l unité fonctionnelle et le flux de référence de deux modèles de poutre de plancher afin de comparer certains impacts environnementaux sur cycle de vie des deux solutions. Pour cela on devra la dimensionner et analyser les caractéristiques des matériaux, procédés et assemblage utilisés. On recherchera des alternatives innovantes à cette poutre en sélectionnant des matériaux et un nouvel assemblage tout en identifiant les inconnues à lever pour juger de la pertinence environnementale et technique de la nouvelle solution. Objectif du bureau d étude: Dans un premier temps, on comparera les impacts environnementaux de deux types de poutre pour réaliser un plancher, l une en pin sylvestre de section rectangulaire et l autre en acier de section IPN. Les deux doivent remplir la même fonction et n ont donc pas les mêmes dimensions. Ensuite à partir de cette analyse, l objectif de l étude est d éco-concevoir une poutre de plancher innovante afin de participer à la minimisation des impacts environnementaux de l ensemble constructif dans le cadre d une démarche d éco-construction d une maison «écologique». Q1) Recherchez une unité fonctionnelle sachant que la poutre doit respecter une flèche maxi de L/200. La charge d exploitation prévue est de 1000 N en son centre. (Les données de flèches dépendent de l application du plancher : En France, le «document technique unifié» précise les contraintes techniques à respecter. Ici l application impose une flèche maximum de L/200). Description de la géométrie et des sollicitations mécaniques de la poutre : Page 69 sur 219

23 Q2) Déterminer la masse de chacune des poutres pour assurer l unité fonctionnelle. (Masse correspondant au flux de référence). Q3) Utiliser le flux de référence pour comparer les impacts environnementaux des deux poutres durant la phase de transport. Hypothèse : On utilisera le même type de camion et on part du principe que la distance parcourue depuis le fournisseur au chantier est la même pour les deux solutions. Distance parcourue 50 km A/R. Tableau à compléter Impact Impact «GWP» (kg équiv CO2) Impact «respiratory inorganics» (kg PM2,5 équiv) Poutre pin sylvestre Poutre acier Données : Émission CO2 d un camion selon base de donnée Simapro et modèle de caractérisation IPPC100 (Méthode Impact 2002+) : 0,22 kg équivalent CO2 pour 1 tkm transportée. Émission de particules 3, kg PM2,5 équivalente pour 1 tkm transportée. Q4) Identifier la source principale d impact lié à l élaboration du matériau, à l assemblage et au procédés d obtention. (Source d impact = aspect environnemental établi lors d une démarche d analyse environnementale en application de l iso sur site) 9. 9 Aspect environnementaux = Source d impact potentiel sur l environnement (Iso 14001) Page 70 sur 219

24 A12 : Compréhension des modèles de calcul en analyse de cycle de vie Objectif de l application : Établir un diagramme des indicateurs d impacts environnementaux potentiels à partir d un relevé d activité industrielle. Domaine technique et particularité de l application : L exercice permet de visualiser les opérations réalisées habituellement par les logiciels de modélisation c'est-à-dire, le suivi du cheminement de substances de l émission à la caractérisation. Il permet également de s initier au choix de «bases de données» et d indicateurs. Produit utilisé en référence : Une bouilloire électrique UF : Faire chauffer 1 litre d eau 2 fois par jour entre 15 C et 90 C pendant 5 ans pour faire le thé. Flux de référence : Une bouilloire type XYZ de masse 1 kg. Caractéristique du site de production : Ce site est situé en France, il est certifié iso ce qui nous permet de connaître les relevés d activité de production. Un relevé est effectué plusieurs fois par an. Les technologies utilisées sont avancées. Frontière de l étude : Le site de production est détenteur des camions de livraison sur la plate-forme logistique. Cette part de transport est donc associée à l activité du site. Données du problème : Un relevé d activité (R). des tableaux de coefficients de caractérisation et d informations de bases de données pour compléter le relevé d activité. Une feuille de mise en forme des flux(f). Une feuille de calcul d indicateurs (C). Une feuille de tracé du diagramme des indicateurs(i) de la bouilloire initiale et de la bouilloire éco-conçue(ieco). Questions : Q1) Pour les activités de production et transport, lister les processus élémentaires sur la feuille (F). Q2) Pour chaque processus élémentaire, indiquez les flux des intrants et extrants et placez les dans le compartiment de l environnement adéquate (F). Page 72 sur 219

25 B250 électricité mixte EU 0,73 Bq C-14 / Mj B250 : Basse de données Suisse ouest pour l Europe de l ouest (2001). Inconnue (France) 0,27 Mj/KWhelec Transport Base de données utilisée Valeur pour Camion Euro 4 / tkm dans l air IPPC 0,1 kg N2O CML2 V2.03 0,001 kg SO2 CML : Université de Lenden (Allemagne 2003). Ecoindicateur 95 0,002 kg NO2 Ecoindicateur 95 : Base de données Ecoindicateur 95 0,1 kg CO2 Europe de l ouest (1995). Publi université ALL EDIP EDIP 0,1 kg PM2,5 0,0015 kg CO2 0,003 kg NO2 EDIP : Base de données USA (2000). Feuille de mise en forme des flux (F) : Une feuille de calcul d indicateurs (C). Page 75 sur 219

26 A13: Analyse fonctionnelle et identification des Aspects Environnementaux d un téléphone portable Objectif de l application : Cadrage d'une étude de téléphone portable et analyse des résultats d'analyse de cycle de vie suivi d'une réflexion sur l'évolution des téléphones. Domaine technique et particularité de l application : Produit à forte évolution de fonctionnalités. Cadrage : 1) Définir une unité fonctionnelle plausible pour l'étude du téléphone. (Vous utiliserez vos connaissance du produit et le descriptif fonctionnel de la structure interne fig 1). Fig 1 : Structure interne d'un téléphone portable 2) Proposer un descriptif des principaux processus à inclure dans les frontières de l'étude. 3) Définissez le scénario qui est le votre pour définir l'usage de votre téléphone. Page 77 sur 219

27 A14 : Calcul des incertitudes en ACV Objectif : Identifier et évaluer certaines incertitudes en analyse de cycle de vie. Domaine technique et particularité de l application : L identification des sources d incertitudes se fait sur une cafetière électrique. Utilisation des lois de probabilité. Incertitudes : Questions de cours : 1) Sur quels aspects méthodologiques principaux peut-il y avoir des incertitudes en ACV? 2) Citez trois lois de probabilité qui peuvent s appliquer aux incertitudes en ACV. Précisez dans quels cas on les utilise. 3) Comment peut-on transformer des incertitudes qualitatives en incertitudes quantitatives applicables à l évaluation en ACV? Page 80 sur 219

28 Consommation des ampoules Normale Valeur spécifiée ± 2 W Nombre de jours par saison Normale Valeur spécifiée ± 15 % Nombre d'heure d'éclairage par jour selon les saisons % de l'énergie consommée par l'ampoule dissipée en chaleur % de la chaleur dissipée transmise à l'air ambiant COP des systèmes de chauffage et climatisation Réponse : Normale Uniforme Uniforme Aucune Valeur spécifiée ± 2 heures Valeur moyenne (0.95), minimum (0.9) et maximum (1) supposée Valeur moyenne (0.95), minimum (0.9) et maximum (1) supposée Valeur (moyennes) déterministes spécifiées Tab 3 : Hypothèses quant à l'incertitude des données primaires 9) Le résultat d'une simulation de Monté Carlo. A parti de la présentation des résultats de la simulation de Monté Carlo pour 1000 itérations associé à 4 indicateurs, essayer de donnez votre avis sur les deux modèles d'ampoule. (Ces 4 indicateurs pouvant représenter les enjeux du moment). Commentaire : Fig 2 : Résultat d'une simulation de Monte Carlo pour 4 indicateurs. Page 85 sur 219

29 H.Maire Exercices d éco-conception deux types de bateaux avec trois chaînes énergétiques distinctes. Domaine technique et particularité de l application : Énergétiques, analyse critique, réglementation, méthode d évaluation, améliorations technologiques. Eco-bilan comparé entre un bateau électro-solaire et un bateau diesel Document issu de la conférence Confrège 2012 à Montreal. Auteur : J.Richard et A. Novelle Cette étude est librement adaptée par H.maire. Objectif de l application : Comparaison du bilan énergétique et environnemental de deux types de bateaux avec trois chaines énergétiques distinctes. Domaine technique et particularité de l application : Analyse critique, Rendement énergétiques, réglementation, méthode d évaluation, améliorations technologiques. Page 93 sur 219

30 A16 : Application de l ACV pour une pompe à chaleur (non corrigé) Objectif de l application : Comparaison des étapes du cycle de vie d une pompe à chaleur en vue de son eco-conception ; comparaison avec d autres systèmes de chauffage en vue de son positionnement de marché. Domaine technique et particularité de l application : Énergétique, thermodynamique et mécanique. Cette application est le résultat d une analyse de cycle de vie. Description d'une pompe à chaleur : Fig1 : Schéma de l'installation complète et de principe de la pompe à chaleur. Q1) Expliqué en quelques lignes le fonctionnement d'une pompe à chaleur. (Principe scientifique et technique). Techniquement : Composants principaux? Rôle? Scientifiquement : Principe thermodynamique Q2) Commentez l'unité fonctionnelle proposée pour réaliser l'analyse de cycle de vie de la pompe à chaleur: «Maintenir une habitation avec jardin à une température Page 98 sur 219

31 Émissions mensuelles en temps réel des gaz à effet de serre : fig 4 : Suivi de l'indicateur «Émission de gaz à effet de serre», mois par mois. Valeurs indicatives 13. Q8) Choix d'indicateurs environnementaux. Choisissez parmi un panel d'indicateurs, quatre d'entre eux qui vous semble les plus pertinent pour traiter notre analyse sur le cycle de vie (cochez d'une croix dans le tableau). Expliquez l intérêt et les limites imposées par ce choix. [Rappel : Le choix d'indicateurs représentatifs des impacts environnementaux d'un système est toujours une tâche délicate. Justifier ce choix nécessite à la fois des critères scientifiques ( A minima l'indicateur concerne le sujet traité) mais aussi «politique» (A minima, l'indicateur doit présenter un intérêt pour l'exploitation des résultats en fonction de l'objectif). Ce choix est souvent réalisé avec l'avis d'experts avec plusieurs évaluations successives. Dans cette question, nous proposons de prédéterminer, à priori, les indicateurs à examiner en premier lieu pour représenter deux étapes du cycle de vie, la fabrication et l'utilisation]. 13 On peut retrouver une valeur instantanée des GES produit par le parc électrique Français à l'adresse : La valeur utilisée dans cet exercice est corrigée par rapport aux données RTE. Page 102 sur 219

32 Fig 6 : Résultat comparatif de trois modes de chauffage. Acidification de l'air. Q11) Quel type d'émissions pourraient être à l'origine du résultat d'acidification de l'air par le chauffage fuel? Par quelle technique l'atténuer? Q12) D'après les résultats du tableau 1, quelles objectifs pourrait-on fixer pour assurer des moyens de chauffage allant dans le sens des objectifs de la directive NEC. SO2 NO2 COV NH3 Émissions 1990 (Ktonnes) Objectifs 2010 (Ktonnes) Tab1 : CITEPA inventaire SECTEN 2002 Objectifs d'émissions retenus pour la France dans le cadre de la directive NEC NEC : Directive Nationale émission ceilings. En réalité cette directive ne concerne que les «grandes installations industrielles et de chauffage» mais dans le cadre d'un travail d'éco-conception cette directive peut servir de référence. ( les plafonds concernent l'acidification, l'eutrophisation et les précurseur d'ozone troposphérique) Page 105 sur 219

33 A17 : Analyse bibliographique en vu de l'éco-conception d'une pompe à chaleur. Objectif de l'application: Réaliser une étude bibliographique en vu de travailler sur l'éco-conception d'une pompe à chaleur. Formaliser les résultat sous la forme synthétique d'une «carte mentale». Particularité de l'application : Le sujet traité concerne la pompe à chaleur et les traitements de surface. Contexte du sujet : La PAC contient un compresseur frigorifique qui est un élément essentiel dans les performances environnementales globales du système. Pour cette raison, le fabriquant de la PAC souhaite utiliser un compresseur spécifique. Vous travaillez chez un fabriquant de compresseurs et vous êtes sollicité pour initier une démarche d'éco-conception sur les nouvelles gammes de produit. Pour cerner les différents aspects du sujet, vous devez réaliser une petite étude bibliographique puis établir une «carte mentale» pour visualiser les aspects essentiels à retenir. La PAC contient également un boîtier de commande insérer dans une armoire métallique. L'armoire doit être traitée avec un traitement anti rouille. Historiquement l'entreprise utilisait du chrome VI mais la réglementation ayant évoluée, celui ci est actuellement interdit en Europe. Une étude pour une traitement de substitution doit être menée. Premier sujet à traiter : Réaliser une étude bibliographique et une carte mentale pour la «Mise en place d'une démarche d'éco-conception pour les compresseurs de réfrigération». Deuxième sujet à traiter : «Suppression du chrome VI dans le traitement des surfaces métalliques des équipements électriques». A18 : CONDUITE D'UN MINI PROJET D'ÉCO-CONCEPTION (NON CORRIGÉ) OBJECTIF DE L'APPLICATION: DÉCOUVRIR ET METTRE EN ŒUVRE LES ÉTAPES DE DÉVELOPPEMENT D'UN PRODUIT INDUSTRIEL ÉCO-CONÇU. Domaine technique et particularité de l'application : - Définition des critères environnementaux du produit - Création d un document d analyse de conception Page 106 sur 219

34 A19 : Comparaison des impacts environnementaux d'une voiture à essence et d'une voiture électrique. Objectif de l application : Prendre conscience des limites de la technologique dans la diminution des impacts environnementaux. Domaine technique et particularité de l application : Énergétique Exercice 2 : Comparé les impacts environnementaux d une voiture électrique avec ceux d une voiture à essence. ( on ne s intéresse ici qu'aux impacts environnementaux provenant de l'énergie). 1) Décrire de manière simplifiée les étapes de vie à prendre en compte 2) Évaluer une valeur de rendement énergétique moyen pour chaque type véhicule lors de l'utilisation Véhicule essence (ordre de grandeur) Rendement de production du pétrole (raffinage + distribution) = Rendement utilisation du véhicule = ( moteur thermique) et (mécanique) Rendement moyen moyen( prod pétrole + utilisation) = Véhicule électrique (ordre de grandeur) Rendement de production de l'électricité (centrale nucléaire) = Rendement utilisation du véhicule = ( moteur électrique) et (mécanique) Rendement moyen moyen( prod pétrole + utilisation) = Tab 1 : Rendement de plusieurs étapes du cycle de vie. 3) Comparer les valeurs obtenues pour la voiture essence et celle électrique. Conclure à propos des rendements et préciser les apports énergétiques que nous aurions pu ajouter. 4) Proposez deux indicateurs environnementaux pour chaque véhicule. Page 110 sur 219

35 A20 : Soutenabilité dans l'électronique: le cas des matériaux Objectif de l application : Identifier les problèmes environnementaux, sociaux et économiques les plus fréquents concernant l'usage des matériaux dans l'électronique. Domaine technique et particularité de l application : Matériaux, développement durable, électronique. 1) Indiquez quels types de composants électroniques ou électriques utilisent les matériaux identifiés par l'indicateur «RMD» du tableau suivant : ( numéro 1 à 6) ) Expliquez l'unité utilisée pour cet indicateur et précisez quel est le matériaux le plus préoccupant compte tenue de sa rareté. 3) Quel autre matériaux pourrait devenir critique rapidement en tenant compte du développement de la consommation actuelle? Pourquoi? 4) Quels sont, selon vous les principaux enjeux auxquels le monde peut être confronté concernant les matériaux? Enjeux environnementaux: Enjeux sociaux : Enjeux économiques : Page 112 sur 219

36 A21 : Initiation à l' analyse de cycle de vie Objectif de l application : S'initier à l'analyse de Cycle de Vie Domaine technique et particularité de l application : Délimitation d'un périmètre d'étude. 1) Nous souhaitons comparer le profil environnemental de deux horodateurs. Le premier est un horodateur standard alimenté par un réseau électrique sous la chaussée. Le deuxième est un horodateur alimenté par un panneau solaire placé sur son sommet. Définissez au mieux le périmètre d'étude. 2) Afin de comparer les performances environnementales de deux modèles de bouilloire pour chauffer de l'eau, nous devons définir les caractéristiques principales que nous attendons de ces deux produits et les comparer pour un service rendu équivalent. Quelles caractéristiques donneriez vous à ces bouilloires? 3) Avec la définition de l'unité fonctionnelle que vous proposez dans la question 2, évaluez approximativement la quantité d'énergie correspondant à ces deux produits. ( Données : tps de chauffe 1 minute 30s / litre. Puissance consommée bouilloire : 1000 watt, capacité thermique volumique de l'eau : 4200 kj.m -3.k -1 ). 4) Pour cette analyse de cycle de vie, nous avons retenus 4 indicateurs principaux : Indicateur 1 «Gaz à effets de serre», unité kg eq CO2. Évalué selon le modèle : IPPC GWP 100a Indicateur 2 : «radiations ionisantes» unité en Bq C-14 eq selon le modèle utilisé dans la méthode de calcul :Impact V2.05 Indicateur 3 : «Toxicité» unité kg 1,4 dichlorobenzène eq selon la méthode usetox Indicateur 4 : «Eutrophisation aquatique» unité kg PO 4 selon la méthode Impact ) Donnez un élément de réponse pour justifier l'utilisation du modèle IPPC GWP 100a c'est à dire de l'évaluation des gaz à effet de serre sur une durée de 100 ans plutôt que l'indicateur IPPC GWP 20a ou IPPC GWP 500a. 4.2) Donner une raison possible qui justifierait l'usage de l'indicateur «radiations ionisantes». 4.3) Dans l'élaboration d'une bouilloire, quels procédés industriels peuvent-ils être toxique? 4.4) Quel flux de produit lors de la fabrication pourrait être à l'origine d'une eutrophisation aquatique? Page 113 sur 219

37 A23 Tester vos connaissances sur la méthode de calcul Usetox Répondre sur la feuille du sujet de manière synthétique UseTox : Questions de cours : ( 3 pts) 1. Quel est le type d évaluation propose la méthode UseTox (indicateur)? 2. Combien de substances sont caractérisées par ce modèle? 3. Est-ce représentatif du nombre de substances problématiques en Europe? 4. Quelles sont les unités utilisées pour les indicateurs de la méthode d évaluation? 5. Quels types de pathologies ou d effets sur la nature ce modèle permet-il de mettre en évidence? Page 119 sur 219

38 6. Combien d échelle d évaluation (compartiments) sont définies pour ce modèle? Lesquelles? Questions d application: (6pts) 4. Décrire le modèle général UseTox en précisant les «mécanismes» à chaque étape.( 3pts) 5. Expliqué en Français ce qui est décrit dans les images suivantes :(3pts) Page 120 sur 219

39 A24 Analyse comparée de trois études concernant l'usage d'ampoule basse consommation Analyser les différences entre les paramètres et les conclusions de ces trois études. Quelle étude vous semble la plus intéressante pour la préservation de l environnement? Pourquoi? ( Tab 1, 2, 3, 4) Tab 1 : Principaux paramètres des études «Parsons» et «pfeiter» Page 123 sur 219