Evaluation environnementale d'un système produit-service en vue de son écoconception. : Application à l'autopartage free-floating électrique

Environmental assessment of a product service system with a view to its ecodesign : Application to electric free-floating car-sharing

• Auteur / Autrice : Olivier Guyon
• Direction : Dominique Millet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mecanique des solides, genie mecanique, productique, transport et genie civil
• Date : Soutenance le 24/03/2021
• Etablissement(s) : Toulon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mer et Sciences (Toulon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Conception de Systèmes mécaniques et robotiques (Toulon ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Blanc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Manuele Margni, Julien Garcia, Nicolas Tchertchian
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Enrico Benetto, Nicolas Perry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Batteries

Analyse du cycle de vie

Véhicules en libre-service

Écoconception

Mots clés libres

Écoconception

Analyse de cycle de vie

Mobilité

Autopartage free-floating

Optimisation

Système produit-service

Eco-design

Life cycle assessment

Mobility

Free-floating car-charing

Optimization

Product-service system

Résumé

Face à la crise de l’Environnement et notamment au réchauffement climatique, il est nécessaire de s’adapter et de diminuer nos émissions de gaz à effet de serre. Le transport routier est principalement ciblé ce qui a entrainé la mise en place de lourdes réglementations auxquelles les constructeurs automobiles doivent se plier. Afin d’y arriver plusieurs solutions sont adoptées dont notamment l’électrification des véhicules mais aussi le développement des services de mobilité qui a pour but de proposer des alternatives à la voiture personnelle. Parmi ces services on retrouve notamment l’autopartage free-floating qui a fait son émergence depuis quelques années dans les grandes villes. Dans la littérature, les études actuelles se concentrent principalement à démontrer les bénéfices environnementaux de ces services en comparaison aux solutions traditionnelles. Cependant peu de sujets de recherche s’intéressent à l’écoconception de ces services et plus généralement des systèmes produit-service (PSS). Cette thèse vise donc à expérimenter l’évaluation environnementale d’un système produit service d’autopartage free-floating en vue de son écoconception. L’objectif est donc d’apporter une aide à la prise de décision pour l’écoconception de ces services. La méthode proposée est basée sur une utilisation de l’analyse de cycle de vie (ACV) attributionnelle et permet la prise en compte des coûts d’exploitation et de l’attractivité du service. La démarche se déroule en trois phases au cours desquelles la modélisation du système évolue. Dans la première phase, une analyse environnementale réalisée à partir d’une modélisation des PSS d’autopartage B2C (générique) et de l’utilisation de la méthode des plans d’expérience, permet de déterminer l’influence des paramètres du système sur plusieurs indicateurs environnementaux. Pour cela une adaptation de l’ACV d’un véhicule au cas du PSS d’autopartage est proposée. Dans la deuxième phase, la modélisation de la phase 1 évolue afin d’obtenir une modélisation spécifique d’un PSS d’autopartage free-floating avec notamment la prise en compte des infrastructures de rechargement. A partir de cette nouvelle modélisation, une optimisation environnementale est réalisée grâce à l’utilisation des problèmes de satisfaction de contraintes (CSP : constraint satisfaction problems). Les principaux paramètres à dimensionner sont la vitesse de rechargement et la capacité de la batterie des véhicules. Enfin dans la troisième phase, la modélisation du système évolue une dernière fois à cause de la prise en compte des coûts d’exploitation et de la satisfaction des clients dans l’optimisation environnementale du service. Grâce à une matrice QFD, un indicateur de satisfaction client est créé et peut être utilisé comme contrainte dans l'utilisation des CSP pour minimiser les impacts environnementaux du service. Dans cette dernière phase quatre nouveaux paramètres à dimensionner sont ajoutés : la masse du véhicule hors batterie, le niveau de finition des véhicules, l’utilisation des auxiliaires chauffage / AC ainsi que le seuil d’autonomie minimale avant le rechargement des véhicules. Les expérimentations ont été réalisées chez Stellantis (anciennement Groupe PSA). L’ensemble des résultats montrent le potentiel de réduction d’impacts que peut apporter l’écoconception des services d’autopartage free-floating et plus globalement des PSS de mobilité automobile. Les simulations permettent aussi de dégager des pistes d’écoconception à explorer dans le futur.

Faced with the environmental crisis, and in particular global warming, it is necessary to adapt and reduce our greenhouse gas emissions. Road transport is mainly targeted, which has led to the introduction of heavy regulations that car manufacturers must comply with. In order to achieve this, several solutions have been adopted, including in particular the electrification of vehicles, but also the development of mobility services aimed at offering alternatives to the private car. Among these services is free-floating car-sharing, which has been emerging in the last few years in major cities. In the literature, current studies focus mainly on demonstrating the environmental benefits of these services compared to traditional solutions. However, few research topics focus on the eco-design of these services and more generally on Product-Service Systems (PSS). This thesis therefore aims at experimenting the environmental assessment of a free-floating car-sharing product-service system with a view to its eco-design. The objective is thus to provide a decision-making aid for the eco-design of these services. The proposed method is based on the use of attributive life cycle assessment (LCA) and allows the operating costs and attractiveness of the service to be taken into account. The approach is carried out in three phases during which the modeling of the system evolves. In the first phase, an environmental analysis carried out using B2C car-sharing (generic) PSS modeling and the use of the experimental design method, allows the influence of system parameters on several environmental indicators to be determined. For this purpose, an adaptation of a vehicle's LCA to the case of a car sharing PSS is proposed. In the second phase, the modeling of phase 1 evolves in order to obtain a specific modeling of a free-floating car-sharing PSS with, in particular, taking into account the recharging infrastructures. Based on this new modeling, an environmental optimization is carried out through the use of constraint satisfaction problems (CSP). The main parameters to be dimensioned are recharging speed and vehicle battery capacity. Finally in the third phase, the system modeling evolves one last time due to the consideration of operating costs and customer satisfaction in the environmental optimization of the service. Thanks to a QFD matrix, a customer satisfaction indicator is created and can be used as a constraint in the use of CSPs to minimize the environmental impacts of the service. In this last phase, four new parameters to be dimensioned are added: the mass of the vehicle (without battery), the trim l of vehicle, the use of auxiliary heating /AC and the minimum autonomy threshold before recharging the vehicles. The experiments were carried out at Stellantis (formerly Groupe PSA). All the results show the potential for reducing the environmental impact of eco-design of free-floating car-sharing services and, more generally, of car mobility PSS. The simulations also help to identify eco-design avenues to be explored in the future.