Thèse Li FANG

Vers une conservation de la valeur fonctionnelle pour une électronique de puissance soutenable

Résumé

La transition énergétique vers des sources d'énergie électrique renouvelables est essentielle pour limiter le réchauffement climatique à 1,5 degré Celsius au-dessus des niveaux préindustriels. Dans ce contexte, l'électronique de puissance (EP) est devenue la technologie clé pour permettre une plus grande intégration des énergies renouvelables dans les sociétés contemporaines. Les convertisseurs d’EP sontsystèmes qui permettent le contrôle et la conversion dans les équipements électriques et électroniques (EEE), tels que la régulation de la tension, du courant et de la fréquence. En particulier, l'EP facilite l'utilisation des sources d'énergie renouvelables et soutient la décarbonation de diverses applications énergétiques.Cependant, la production à grande échelle et l'utilisation généralisée de l'EP entraînent une consommation massive de matières premières et la génération de déchets électroniques considérables, provoquant des émissions dans l'eau, le sol et l'air. Étant donné que 80 % des impacts environnementaux sont déterminés au stade de la conception, cette thèse vise à développer des méthodes et des outils d'écoconception pour surveiller les impacts environnementaux des produits EP avec des cycles de vie circulaires, ainsi qu'à intégrer l'écoconception dès les premières étapes du processus de développement (PDP) des produits EP.Historiquement, la communauté de l'EP s'est principalement concentrée sur l'amélioration de l'efficacité énergétique et de la densité de puissance. Cependant, cela entraîne des effets secondaires croissants, tels que la pollution de l'air, de l'eau et du sol, ainsi qu'une augmentation globale de l'extraction de matières premières, avec des options limitées pour la réparation, la réutilisation ou le recyclage des composants à haute technologie. Les multiples problèmes d'impact environnemental découlant des processus industriels doivent être systématiquement intégrés dès les premières étapes du PDP pour parvenir à une conception éco-effective.Afin de permettre à l'équipe de développement de produits EP d'intégrer les considérations d'impact environnemental dans leurs choix de conception et de réduire les impacts environnementaux tout au long de leur cycle de vie circulaire, cette thèse propose des supports clés d'écoconception pour établir une chaîne cause-effet entre les paramètres de conception des EP et les impacts environnementaux qu'ils génèrent à travers les différentes étapes potentielles de leur cycle de vie circulaire. Cela inclut (1) le développement d'un Méta-Modèle général d'Analyse Paramétrique du Cycle de Vie (PLCA) pour les produits EP avec des cycles de vie circulaires et (2) l'identification de Paramètres Critiques de Conception et un Cadre Systématique de Recommandations pour les Stratégies d'Écoconception. Sur la base de ces développements, cette thèse propose un cadre opérationnel pour soutenir l'équipe de développement de produits EP dans la mise en œuvre de ces outils dans leurs activités spécifiques de développement de produits. Cela comprend (1) la formalisation d'un Processus Général de Développement de Produits EP et (2) un Cadre de Collaboration Interfonctionnelle pour intégrer le processus d'écoconception basé sur la PLCA dans le développement des produits EP.La contribution principale de cette recherche réside dans la fédération de trois stratégies imbriquées de Conception pour la Soutenabilité : l'économie circulaire, l'écoconception et les champs de l'Analyse du Cycle de Vie (ACV), appliqués au domaine de l'industrie de l'électronique de puissance. Cette intégration remet en question le PDP de l'EP. La principale contribution de cette recherche, le méta-modèle PLCA pour les produits EP et le cadre de développement intégré des produits EP basé sur l'écoconception via la PLCA, représente un effort pionnier pour combler cette lacune.