Multi-objective optimization for Green Supply Chain Management and Design : Application to the orange juice agrofood cluster

par Marco Augusto Miranda Ackerman

Thèse de doctorat en Génie des Procédés et de l'Environnement

Sous la direction de Catherine Azzaro-Pantel et de Ludovic Montastruc.

Le président du jury était Antoine Gaset.

Le jury était composé de Catherine Azzaro-Pantel, Ludovic Montastruc, Anne-Laure Cadene, Antonin Ponsich.

Les rapporteurs étaient Geneviève Gesan-Guiziou, Hamid Allaoui.

  • Titre traduit

    Optimisation multi-objectif pour la gestion et la conception d'une chaine logistique verte : Application au cas de la filière agroalimentaire du jus d'orange


  • Résumé

    La gestion de la chaîne logistique a gagné en maturité depuis l’extension de son champ d’application qui portait sur des problématiques opérationnelles et économiques s’est élargi à des questions environnementales et sociales auxquelles sont confrontées les organisations industrielles actuelles. L’addition du terme «vert» aux activités de la chaîne logistique vise à intégrer une conscience écologique dans tous les processus de la chaîne d'approvisionnement. Le but de ce travail est de développer un cadre méthodologique pour traiter la gestion de la chaîne logistique verte (GrSCM) basée sur une approche d'optimisation multi-objectif, en se focalisant sur la conception, la planification et les opérations de la chaîne agroalimentaire, à travers la mise en oeuvre des principes de gestion et de logistique de la chaîne d'approvisionnement verte. L'étude de cas retenu est la filière du jus d'orange. L'objectif du travail consiste en la minimisation de l'impact environnemental et la maximisation de la rentabilité économique pour des catégories de produits sélectionnés. Ce travail se concentre sur l'application de la GrSCM à deux questions stratégiques fondamentales visant les chaînes d'approvisionnement agroalimentaire. La première est liée au problème de la sélection des fournisseurs en produits « verts » (GSS) pour les systèmes de production agricole et à leur intégration dans le réseau globalisé de la chaîne d'approvisionnement. Le second se concentre sur la conception globale du réseau de la chaîne logistique verte (GSCND). Ces deux sujets complémentaires sont finalement intégrés afin d'évaluer et exploiter les caractéristiques des chaînes d'approvisionnement agro-alimentaire en vue du développement d’un éco-label. La méthodologie est basée sur le couplage entre analyse du cycle de vie (ACV), optimisation multi-objectifs par algorithmes génétiques et technique d’aide à la décision multicritère (de type TOPSIS). L’approche est illustrée et validée par le développement et l'analyse d'une étude de cas de la chaîne logistique de jus d'orange, modélisée comme une chaîne logistique verte (GrSC) à trois échelons composés de la production d’oranges, de leur transformation en jus, puis de leur distribution, chaque échelon étant modélisé de façon plus fine en sous-composants. D’un point de vue méthodologique, le travail a démontré l’intérêt du cadre de modélisation et d’optimisation de GrSC dans le contexte des chaînes d'approvisionnement, notamment pour le développement d’un éco-label dans le domaine de l’agro-alimentaire. Il peut aider les décideurs pour gérer la complexité inhérente aux décisions de conception de la chaîne d'approvisionnement agroalimentaire, induite par la nature multi-objectifs multi-acteurs multi-périodes du problème, empêchant ainsi une prise de décision empirique et segmentée. D’un point de vue expérimental, sous les hypothèses utilisées dans l'étude de cas, les résultats du travail soulignent que si l’on restreint l’éco-label "bio" à l'aspect agricole, seule une faible, voire aucune amélioration sur la performance environnementale de la chaîne d'approvisionnement n’est atteinte. La prise en compte des critères environnementaux pertinents sur l’ensemble du cycle de vie s’avère être une meilleure option pour les stratégies publiques et privées afin de tendre vers des chaînes agro-alimentaires plus durables.


  • Résumé

    Supply chain and operations management has matured from a field that addressed only operational and economic concerns to one that comprehensively considers the broader environmental and social issues that face industrial organizations of today. Adding the term “green” to supply chain activities seeks to incorporate environmentally conscious thinking in all processes in the supply chain. The aim of this work is to develop a Green Supply Chain (GrSC) framework based on a multi-objective optimization approach, with specific emphasis on agrofood supply chain design, planning and operations through the implementation of appropriate green supply chain management and logistics principles. The case study is the orange juice cluster. The research objective is the minimization of the environmental burden and the maximization of economic profitability of the selected product categories. This work focuses on the application of GrSCM to two fundamental strategic issues targeting agro food supply chains. The former is related to the Green Supplier Selection (GSS) problem devoted to the farming production systems and the way they are integrated into the global supply chain network. The latter focuses on the global Green Supply Chain Network Design (GSCND) as a whole. These two complementary and ultimately integrated strategic topics are framed in order to evaluate and exploit the unique characteristics of agro food supply chains in relation to eco-labeling. The methodology is based on the use of Life Cycle Assessment, Multi-objective Optimization via Genetic Algorithms and Multiple-criteria Decision Making tools (TOPSIS type). The approach is illustrated and validated through the development and analysis of an Orange Juice Supply Chain case study modelled as a three echelon GrSC composed of the supplier, manufacturing and market levels that in turn are decomposed into more detailed subcomponents. Methodologically, the work has shown the development of the modelling and optimization GrSCM framework is useful in the context of eco-labeled agro food supply chain and feasible in particular for the orange juice cluster. The proposed framework can help decision makers handle the complexity that characterizes agro food supply chain design decision and that is brought on by the multi-objective and multi-period nature of the problem as well as by the multiple stakeholders, thus preventing to make the decision in a segmented empirical manner. Experimentally, under the assumptions used in the case study, the work highlights that by focusing only on the “organic” eco-label to improve the agricultural aspect, low to no improvement on overall supply chain environmental performance is reached in relative terms. In contrast, the environmental criteria resulting from a full lifecycle approach is a better option for future public and private policies to reach more sustainable agro food supply chains.


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