Conception de produits territorialisés

Conception de produits territorialisés Kiyan Vadoudi * ICD, HETIC Département, CREIDD, Université de technologie de Troyes, 12 rue Marie Curie - CS 42060-10004 TROYES Troyes France kiyan.vadoudi@utt.fr Nadège Troussier ICD, HETIC Département, CREIDD, Université de technologie de Troyes, 12 rue Marie Curie - CS 42060-10004 TROYES Troyes France nadege.troussier@utt.fr Résumé Il y a des défis importants pour que le concepteur considère le développement durable dans le processus de développement de produit, en particulier sur les aspects environnementaux et sociaux. Une manière d appréhender la notion de développement durable est de développer une approche territoriale. En pratique, une considération territoriale peut rendre le développement durable plus abordable, mais, pour cela, le contexte local doit être caractérisé et cette caractérisation doit être mise en relation avec la définition du produit conçu. Ce papier présente une étude de cette relation entre contexte territorial local et définition du produit en analysant les modèles de données existants, modèle produit pour la conception, et modèles d information géographique. A la suite de cet état de l art, un modèle informationnel mettant en relation la définition du avec le système d'information géographique est proposé afin de pouvoir identifier les impacts environnementaux du produit sur le territoire. Ce modèle est basé sur le Core Product Model (CPM) qui est étendu pour décrire les relations avec les informations locales dans le cadre de l évaluation des impacts environnementaux. La mise en œuvre de ce modèle est illustrée sur l exemple de la re-conception d'une lampe torche, dans un contexte champardennais. Cette illustration permet de percevoir l intérêt du modèle proposé pour une conception responsable de produit territorialisé. Mots-clés Éco-conception, Système d'information, PDM, analyse du cycle de vie (ACV), Systèmes d'information géographique (SIG), développement durable I. INTRODUCTION Le concepteur de produit doit intégrer dans son activité de nombreux aspects dont les aspects esthétiques, techniques, économiques et également environnementaux et sociaux [1]. L intégration de ces différents aspects reste une tâche difficile, d autant plus pour mettre en œuvre des politiques de développement durable. Nous faisons l hypothèse dans ce travail, qu une façon d appréhender le développement durable dans les actions et décisions de conception est de considérer la relation entre le produit et son environnement au travers d informations géographiques actuellement pas prises en compte [2] pour l instant, l échelle la plus pertinente à considérer d un point de vue développement durable restant à définir. L intégration de données géographiques sur les ressources disponibles, les moyens de transformations, les besoins locaux, et la capacité locale de gestion des déchets devrait permettre de réfléchir à des chaines de valeur plus localisées, sur le principe des circuits courts permettant des gains à la fois environnementaux, sociaux et économiques à l échelle locale. Nous proposons donc que les concepteurs utilisent l'information de leurs régions disponible dans les systèmes d'information géographique (SIG) dans le processus de conception pour une conception plus responsable et territorialisée. Pour cela, nous cherchons à définir un nouvel environnement de conception intégrée gérant à la fois les informations de définition du produit et de son système de production mais aussi les données géographiques en termes à la fois de ressources disponibles et d impacts sur le territoire. Ceci revient à contribuer à la question de recherche plus générale : Comment est-il possible de concevoir des produits et des systèmes de production basés sur la spécificité territoriale? Sur la base de cette hypothèse, nous proposons un modèle qui intègre l'information géographique avec la fonction, le comportement et la structure du produit [3] comme élément permettant de définir des méthodes et outils pour la conception. Le modèle proposé doit permettre de supporter l ensemble des informations relatives au cycle de vie du produit dans le cadre d une approche PLM (Product Life cycle Management). Un modèle informationnel utilisant le formalisme UML est proposé pour intégrer les informations sur le cycle de vie du produit, le territoire considéré, et les relations en termes de consommation de ressources et impacts environnementaux (et indirectement économiques et sociaux). La section suivante présente la méthodologie adoptée pour ces travaux de recherches. Ensuite, un état de l art sur les modèles informationnels existants est présenté. Sur cette base, un modèle intégrant les dimensions produit et territoire est proposé puis illustré sur un cas d étude concernant le reconception d une lampe torche. Finalement, la conclusion viendra synthétiser la proposition dans son état actuel et ouvrira sur les perspectives envisagées. II. METHODOLOGIE La méthodologie de recherché développée dans ce papier se structure autour de trois étapes principales. Sur la base de l hypothèse formulée (une conception territorialisée responsable contribue au déploiement du développement durable), l objectif de cet article est d analyser la relation entre les informations sur le produit et sur le territoire pour intégrer l ensemble de ces informations en conception et développer une conscience et une évaluation des impacts (positifs et négatifs) du produit sur le territoire. Tout d abord un état de 14 e Colloque National AIP-Priméca 1/5 La Plagne (73) - 31 Mars au 02 avril 2015

l art permet d identifier 1) les informations actuellement considérées en conception de produit en analysant les modèles de données à la base des approches PLM ; 2) les informations sur le territoire disponible dans les Systèmes d Information Géographique (SIG). Ensuite, un modèle est proposé pour mettre en relation ces deux types d information pour pouvoir identifier les impacts environnementaux, sociaux et économique du produit et son système de production sur le territoire. Enfin, un cas d étude illustratif est développer pour montrer comment l information géographique peut être mobilisée pour modifier les choix de conception. III. POUR UNE CONCEPTION RESPONSIBLE, TERRITORIALISEE Depuis le 19ème siècle, l'augmentation de la demande en technologie a changé l organisation des systèmes de production passant d une logique d artisanat (ou besoins locaux et ressources locales disponibles étaient intégrés par l artisan même, de même que la conception et la réalisation), à une production de masse (centralisée pour amortir les moyens lourds de production). L évolution des technologies et la globalisation des marchés n a fait qu amplifier les effets néfastes de cette évolution sur la consommation des ressources naturelles et sur les impacts sur l environnement. Les méthodes de conception aujourd hui mises en œuvre alimentent la consommation de ressources peu diversifiées et d impact difficiles à évaluer. Changer les méthodes de conception des produits pourrait être une solution pour changer les modèles de consommation et de production de demain [2]. La relation entre impacts économiques, sociaux et environnementaux, doivent tous évoluer positivement pour entamer un développement durable. L évaluation de cette évolution ne peut se faire qu à une échelle territoriale donnée. L échelle la plus pertinente est l échelle globale (La Terre) mais ceci rend difficile l opérationnalisation du concept de développement durable dans les activités de conception. Nous choisissons donc de réduire cette échelle pour favoriser le développement de circuits courts et de chaines de valeurs territorialisée à une échelle régionale afin de rapprocher la production de la consommation et changer simultanément modèles de production et modèles de consommation par non seulement une conscience des impacts territoriaux mais une visibilité de ces impacts compte tenu de l échelle réduite considérée. Dans ce cadre, une échelle régionale semble être un compromis intéressant entre la diversité des ressources disponibles pour répondre aux besoins et la constatation possible des impacts sociaux, économiques et environnementaux par les acteurs du territoire. L'application de cette approche territoriale peut avoir une valeur ajoutée dans toutes les évaluations, si elle est intégrée dans des activités de conception. En effet, c est en changeant les méthodes de conception d aujourd hui que l on fera évoluer les systèmes de production et de consommations à venir. Dans ce contexte, nous allons dans la section suivante étudier les modèles existants structurant les informations sur le produit et son système de production, pour regarder dans quelle mesure ils intègrent des informations sur le territoire tout au long du cycle de vie (production, usage et fin de vie). IV. CONCEPTION DE PRODUITS ET MODÈLE PRODUIT Pour répondre à des exigences de conception de plus en plus grandes et larges, ainsi que pour intégrer l ensemble de la supply chain dès la définition du produit et de son cycle de vie, les industries ont développées des stratégies de plus en plus intégrées et s appuyant entre autres sur la mise en place de systèmes d information permettant l intégration [4]. Un des modèles central à la mise en place de ces systèmes d information est la définition d un modèle produit qui intègre et structure les informations sur la définition du produit et de son cycle de vie [5]. Parmi ces modèles, le CPM (Core Product Model) est l un des plus connus et répandu es, 2001[6] et ses extensions permettent d adresser de nombreuses expertises particulières mobilisées tout au long du cycle de vie du produit [7]. Le CPM initial est prolongé par le CPM2 [8] et d autres extensions telles que proposées par [9]. La classe principale dans le CPM2 est l artefact qui permet de représenter un composant, un sousensemble ou un ensemble complet. En second lieu, l artefact agrège trois dimensions que sont : la structure (forme), la fonction et le comportement. De par le besoin d intégrer en conception de produit des informations sur le territoire pour répondre aux enjeux du développement durable [10], il est nécessaire de comprendre comment articuler les information du territoire avec les informations du modèle produit. Nous avons pour cela choisi de partir du CPM et de mettre les informations qu il contient en relation avec les informations sur le territoire. Les informations définies et manipulées sont alors modélisées sous la forme d ontologies qui servent à spécifier les systèmes d information en support de la conception [11]. Ces ontologies représentent et formalisent la connaissance liées à des expertises particulières mobilisées par exemple en conception. Des Ontologies sont souvent des hiérarchies taxonomiques de classes [12], définissant les classes, et les relations entre ces classes. Pour représenter ces classes et relations, le langage de modélisation UML (Unified Modeling Language), et en particulier le diagramme de classe, est souvent utilisé comme formalisme de modélisation pour décrire les ontologies. V. MODELE PROPOSE Le modèle proposé articule les classes identifées dans le CPM [6], [7] pour supporter la définition du cycle de vie du produit et celles sur le territoire porté par les systèmes d information géographiques, pour pouvoir à la fois mieux gérer les ressources et les impacts environnementaux, informations utilisées et générés par des outils d évaluation des impacts environnementaux tels que l ACV (Analyse de Cycle de Vie) par exemple. Le modèle proposé est présenté dans la figure 1 qui présente un diagramme de classes articulant ces différentes informations. Le CPMe³ est basé sur la pensée système, semblable à la logique de modélisation de Gabi (www.gabi-software.com) et d'umberto (www.umberto.de). L'impact environnemental est défini à partir des flux (Flow). Ainsi, l'impact d'un Process est la somme des impacts des Flows associés. Un Flow est relatif à un type de ressource particulie que ce soit des ressources matérielles (pièce, assemblage, consommable, outils ), immatérielles (telles que l énergie) ou même une substance [7]. 14 e Colloque National AIP-Priméca 2/5 La Plagne (73) - 31 Mars au 02 avril 2015

EOL (End Of Life) couvre la réutilisation et les déchets en fin de vie en distinguant plusieurs scénarios : recyclage (déchets traités pour extraire des matériaux ensuite retransformés pour faire de nouveaux produits), récupération d'énergie (les déchets récupèrent en tant qu'un carburant de combustion ou du compost) et décharge. Enfin, la classe Use est liée aux consommations du produit pendant la phase d'utilisation. Pour l évaluation environnementale, la classe lifecycleinventory contient les données d inventaire, par exemple collectées de l ACV sous la forme de tableaux d entrées / sorties. La classe d'impactcategories représente les impacts environnementaux [15], qu ils soient midpoint (dommage, au sens dégradation) ou endpoint (effet du dommage sur l environnement). La classe resources comporte trois attributs principaux qui sont l utilité, la disponibilité, la rareté et la consommation. Sur la base de cette proposition, la section suivante vise à illustrer sur un cas d étude quelles sont les informations de conception et sur le territoire qui peuvent être articulées. Elle vise également à montrer comment ces informations peuvent permettre de supporter une conception responsable et territorialisée. VI. ETUDE DE CAS Pour illustrer la mise en œuvre du modèle proposé, nous cherchons à une modifier la conception d'une lampe-torche en fonction d un territoire particulier. La figure 2 présente le modèle produit comportant les informations de définition du produit et de son cycle de vie pour la lampe torche actuelle. Figure 1. MODELE PROPOSE Les classes Theme et GeographicRegion sont au cœur de la structuration des informations géographiques dans les SIG (Systèmes d Information Géographique). La classe GeographicRegion porte la relation avec LifecycleInventory permettant de faire le lien avec la classe ImpactCategory. La classe Theme présente les cinq thèmes de la géographie (emplacement, endroit, interaction homme-environnement, mouvement et région). Une collection de thèmes peut être spécifiée pour chaque zone géographique [13]. Un thème permet de regrouper différents éléments d information par rapport à une zone géographique identifiée. GeographicRegion class définit les régions qui sont des secteurs divisés par des caractéristiques physiques (géographie physique), des caractéristiques d humaines d impact (géographie humaine), et l'interaction de l'humanité et de l'environnement (géographie environnementale). La classe abstraite GeographicPhenomenon généralise n'importe quel phénomène dont l'emplacement par rapport à la surface terrestre est considéré. Les classes GeographicField et GeographicObject spécialisent la classe GeographicPhenomenon. La classe de GeographicField généralise les phénomènes qui s'adaptent au champs considéré suivant si ce champs est étendu (sur une surface) ou discret (en un point) [14]. GeographicObjectclass est une généralisation de toutes les classes des phénomènes géographiques qui peuvent être individualisés. La classe de SpatialObject généralise les classes qui sont employées pour des spécifications de la représentation composante spatiale des phénomènes géographiques. Figure 2. EXISTANTE CYCLE DE VIE DE LAMPE DE POCHE ET NOMENCLATURE Après, nous avons sélectionné la région Champagne Ardenne dans le nord-est de la France pour redéfinir la lampetorche sur la base des caractéristiques territoriales qui sont identifiées dans les systèmes d informations géographiques, telles que par exemple la localisation des ressources agricoles dans la figure 3. 14 e Colloque National AIP-Priméca 3/5 La Plagne (73) - 31 Mars au 02 avril 2015

Figure 3. BIO A BASE DE RESSOURCES EN CHAMPAGNE-ARDENNE (FRANCE) Figure 5. REDESSINE ET PRODUIT EXISTANT RELATION STRUCTURE La figure 4 montre quant à elle la structure de la supply chain initial, globalisée à l échelle de plusieurs continents. Dans la conception précédente, la tête, le baril et le chapeau de la lampe-torche sont faits à partir du polyéthylène en Chine, puis transportés en France. Dans la nouvelle conception, la matière première est choisie en fonction des productions locales des ressources les plus disponibles sur le territoire pour remplacer le polyéthylène (en utilisant les informations modélisées en Figure 5). A partir de là les impacts environnementaux de la nouvelle lampe peuvent être évalués en ACV par exemple mais d autres méthodes permettent de mieux caractériser à nouveaux l impact sur le territoire tels que l évaluation des services écosystémiques par exemple [16]. VII. CONCLUSION Le travail doit se Le travail présenté dans cet article cherche à décrire le lien qui existe entre la définition du produit (et son cycle de vie) et le territoire sur lequel le cycle de vie se positionne afin de proposer une méthode de conception responsable et territorialisée, favorisant les circuits courts et participant à adresser les enjeux du développement durable. Le travail doit se poursuivre afin de consolider les hypothèses posées et valider l intérêt de la mise à disposition du concepteur de nouvelles informations géographiques et d impact pour voir si ceci permet d écoconcevoir les produits. Figure 4. LES DIAGRAMMES DE CLASSES POUR LA SELECTION DES MATERIAUX Ce changement de matériau implique ensuite des modifications en cascade sur les procédés de transformation à mobiliser et l organisation de la supply chain. On arrive donc à un produit différent comme le montre la figure 6. VIII. REFERENCES [1] J. Niemann, S. Tichkiewitch, and E. Westkämper, Design of sustainable product life cycles. Springer, 2008. [2] M. Péti, A territorial understanding of sustainability in public development, Environ. Impact Assess. Rev., vol. 32, no. 1, pp. 61 73, Jan. 2012. [3] J. S. Gero and U. Kannengiesser, The situated function behaviour structure framework, Des. Stud., vol. 25, no. 4, pp. 373 391, Jul. 2004. [4] F.-L. Krause, F. Kimura, T. Kjellberg, S.-Y. Lu, L. Alting, H. A. Elmaraghy, W. Eversheim, K. Iwata, N. P. Suh, and V. A. Tipnis, Product modelling, CIRP Ann. Technol., vol. 42, no. 2, pp. 695 706, 1993. [5] F. E. H. Tay and J. Gu, Product modeling for conceptual design support, Comput. Ind., vol. 48, no. 2, pp. 143 155, 2002. 14 e Colloque National AIP-Priméca 4/5 La Plagne (73) - 31 Mars au 02 avril 2015

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