Integration of material circularity in product design / Mauricio Dwek ; sous la direction de Peggy Zwolinski

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : anglais / English

Catalogue Worldcat

Recyclage (déchets, etc.)

Classification Dewey : 670

Zwolinski, Peggy (1972-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Perry, Nicolas (1971-....) (Président du jury de soutenance / praeses)

Reyes Carrillo, Tatiana (19..-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Rio, Maud (1985-....) (Membre du jury / opponent)

Kindlein Junior, Wilson (Membre du jury / opponent)

Communauté d'universités et d'établissements Université Grenoble Alpes (2015-2019) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Sciences pour la conception, l'optimisation et la production (Grenoble) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Résumé / Abstract : Au cours des dernières décennies, de nombreux outils ont été développés pour comprendre et gérer les cycles anthropiques des matériaux, avec différentes approches. Chacune considère les flux de matière dans la société de différentes manières et chacune possède ses bases de données respectives alimentant leurs utilisations. Il ne semble toutefois pas y avoir de bases communes pour la communication entre les activités de conception et les activités de bouclage, ainsi que leurs parties prenantes respectives, ce qui entrave les échanges d'informations nécessaires à une bonne gestion des produits mis au rebut (et de leurs matériaux). Cette thèse apporte ainsi deux contributions originales à la conception circulaire de produits: un outil pour l'intégration de la circularité des matériaux dans la conception de produits et un cadre pour caractériser les réseaux de bouclage de matériaux. L'outil est composé d'un indicateur multicritères de la valeur circulaire des matériaux utilisé dans la méthode de conception pour la circularité des matériaux (Design for Material Circularity method). Le cadre s'appuie sur une analyse documentaire approfondie, enrichie par des entretiens avec des experts de l'industrie, et sert de base à la collecte de données et à la capitalisation des connaissances sur les filières de bouclage. Les filières de recyclage en boucle ouverte de huit matériaux, appartenant aux trois principales catégories de matériaux, sont caractérisées grâce à ce cadre (acier, aluminium, cuivre, métaux précieux, métaux de spécialité, terres rares, plastiques et verre). Deux études de cas détaillent le déploiement de ces contributions. La première porte sur le choix optimal du matériau et du scénario de fin de vie pour une bouteille de 1,5 litre. La deuxième vise à identifier les points chauds (hotspots) de circularité des matériaux et les scénarios de fin de vie idéaux pour un bloc-batterie véhiculaire au lithium.

Résumé / Abstract : In the last decades, many tools have been developed to understand and manage the anthropogenic cycles of materials, with different approaches. Each handles the material flows in society in different ways and each possesses its respective databases that fuel their uses. Yet there seems to be no common ground of communication between design activities and cycling activities, as well as their respective stakeholders, which hinders the information exchanges required for a proper management of discarded products (and their materials). This thesis provides two original contributions to circular product design: a tool for the integration of material circularity in product design and a framework to characterize material cycling networks. The tool is composed of a multi-criteria indicator for circular material value that is used in the Design for Material Circularity method. The framework is based on an extensive literature review enhanced by industry experts’ interviews and provides a basis for data collection and knowledge capitalization on cycling activities. The open-loop recycling networks of eight materials, from the three main material classes, are characterized using this framework (steel, aluminium, copper, precious metals, specialty metals, rare earth elements, plastics and glass). Two case studies detail the deployment of these contributions. The first focuses on the optimal choice of material and end-of-life scenario for a 1,5-litre bottle container. The second is aimed at identifying material circularity hotspots and ideal end-of-life scenarios for a vehicular lithium-ion battery pack.