H.Maire Exercices d’éco-conceptionmysti2d.net/mysti2dter/wp-content/uploads/2014/10/eco-conception... · basse consommation ... Démarche globale d’éco-conception pour une guitare

H.Maire Exercices d’éco-conception

Sommaire

A 1 : Analyser la discussion entre Jamy et Loulou .....................................5

A2 : Eco-conception d’une flûte (non corrigé)............................................5

A3 : Mise en œuvre de quatre étapes d’éco-conception : La chaise de

bureau....................................................................................................11

A4 : Mise en œuvre de quatre étapes d’éco-conception : Le piano...........18

A5 : Préparation de l’analyse de cycle de vie sur logiciel : La bouilloire. . .27

A6 : Préparation de l’ACV sur logiciel : La souris d’ordinateur (non corrigé)

...............................................................................................................33

A7 : Revue critique d’une ACV : Le chauffage collectif bois ( non corrigé)39

A8 : Démarche globale d’éco-conception pour une guitare électrique.....43

A9 : Réflexion sur l’élaboration d’une ACV de cafetière...........................48

A10 : Cadrage de l’ACV d’une paroi de maison à ossature bois................63

A11 : Eco-conception d’une poutre de plancher......................................69

A12 : Compréhension des modèles de calcul en analyse de cycle de vie. 72

A13: Analyse fonctionnelle et identification des Aspects

Environnementaux d’un téléphone portable............................................77

A14 : Calcul des incertitudes en ACV.......................................................80

A15 : Eco-bilan comparé entre un bateau électro-solaire et diesel...........93

A16 : Application de l’ACV pour une pompe à chaleur (non corrigé)........98

A17 : Analyse bibliographique en vu de l'éco-conception d'une pompe à

chaleur..................................................................................................106

A18 : conduite d'un mini projet d'éco-conception (non corrigé).............106

A19 : Comparaison des impacts environnementaux d'une voiture à

essence et d'une voiture électrique.......................................................110

A20 : Soutenabilité dans l'électronique: le cas des matériaux................112


A21 : Initiation à l' analyse de cycle de vie............................................113

A22 : examen éco-conception...............................................................114

A23 Tester vos connaissances sur la méthode de calcul Usetox.............119

A24 Analyse comparée de trois études concernant l'usage d'ampoule

basse consommation............................................................................123

A25 Eco-conception et moteurs électriques...........................................127

ELEMENTS DE REPONSE AUX APPLICATIONS..........................................138

A 1 : Analyser la discussion entre Jamy et Loulou .................................138

A2 : Eco-conception d’une flute.............................................................139

A3 : Mise en œuvre de quatre étapes d’éco-conception : La chaise de

bureau..................................................................................................139

A4 : Mise en œuvre de quatre étapes d’éco-conception : Le piano.........144

A5 : Préparation de l’analyse de cycle de vie sur logiciel : La bouilloire. 149

A6 : Préparation de l’ACV sur logiciel : La souris d’ordinateur................153

A7 : Revue critique d’une ACV : Le chauffage collectif bois....................153

A8 : Démarche globale d’éco-conception pour une guitare électrique....153

A9 : Réflexion sur l’élaboration d’une ACV de cafetière.........................159

A10 : Cadrage de l’ACV d’une paroi de maison à ossature bois..............170

A11 : Eco-conception d’une poutre de plancher....................................173

A12 : Compréhension des modèles de calcul en analyse de cycle de vie

.............................................................................................................177

A13: Analyse fonctionnelle et identification des Aspects

Environnementaux d’un téléphone portable..........................................180

A14 : Calcul des incertitudes en ACV.....................................................185

A15 : Eco-bilan comparé entre un bateau électro-solaire et diesel.........189

A16 : Application de l’ACV pour une pompe à chaleur...........................194

A17 : Analyse bibliographique en vu de l'éco-conception d'une pompe à

chaleur..................................................................................................194

A18 : conduite d'un mini projet d'éco-conception..................................195


A19 : Comparaison des impacts environnementaux d'une voiture à

essence et d'une voiture électrique.......................................................195

A20 : Soutenabilité dans l'électronique: le cas des matériaux................197

A21 : Initiation à l' analyse de cycle de vie **........................................198

A22 : examen éco-conception...............................................................200

A23 Tester vos connaissances sur la méthode de calcul Usetox.............211

A24 Analyse critique sur trois études comparées concernant l'usage

d'ampoule basse consommation...........................................................215

A25 Eco-conception et moteurs électriques...........................................216


A2 : Eco-conception d’une flûte (non corrigé)

Objectif de l’application : Suivre le descriptif d’une démarche d’éco-conception pour s’initier.

Domaine technique et particularité de l’application : Lien avec les matériaux et les procédés de fabrication. La description est jalonnée de remarques d’hypothèses et de questions à se poser.

Introduction : Nous proposons d’explorer les possibilités de l’éco-conception enétudiant la flûte à bec. Pour cela nous allons travailler sur les quatre étapes principalesd’une démarche d’éco-conception, l’analyse du contexte, l’analyse du produit,l’amélioration du produit, et l’intégration industrielle. Analyse du contexte :Il s’agit ici d’identifier les raisons qui conduisent l’entreprise à entreprendre cettedémarche. La volonté de cibler un client sensible aux problèmes environnementauxpeut être l’une de ces raisons. Des exigences réglementaires concernant les matériauxsont à examiner du fait du contact avec la bouche. L’augmentation des prix dematières premières de qualité n’est pas à négliger. On constate qu’un ensemble deconditions liées au marché et à sa régulation peu influencer l’entreprise dans ceschoix d’avenir. Pour traiter notre exemple, on considérera que l’entreprise à réaliséece pré diagnostique et à conclu à la nécessité d’entreprendre une démarche d’éco-conception.Analyse du produit :Cette analyse nécessite une description de l’objet, de l’entreprise, du type d’utilisationsupposée de la flûte et enfin de son devenir après utilisation.Description de l’objet :La fonction principale de la flûte est de produire de la musique selon descaractéristiques acoustiques spécifiques à la flûte à bec. Le niveau de gamme dépenddu musicien. Est –ce un enfant ? Un adulte ? Est-il expérimenté ou non ? Quel prixest-il prêt à consentir ? Les réponses à ces questions orientent les choix techniques etnotamment du matériau. Par conséquent, une flûte à bec peut être réalisée avecplusieurs matériaux, cela dépend du marché visé par l’entreprise. Le milieu

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A3 : Mise en œuvre de quatre étapes d’éco-conception : La chaise de bureau

Objectif de l’application : Cet exercice permet de s’exercer à la conduite d’un projetd’éco-conception.

Domaine technique et particularité de l’application : travail à réaliser sur le choix des matériaux en éco-conception et sur l’analyse en conception mécanique.

Support théorique conseillé : chapitres : Contexte et enjeux industriels, Outilsd’éco-conception, organisation industrielle, valorisation de produit, matériaux-procédés-assemblage.

Description du produit :

Fig 1 : Vue 3D de la chaise de bureau

Fonction principale Permettre à un adulte de rester en position de travail assise durant8h/j.

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Fonctions secondaires Régler la hauteur – Régler la profondeur d’assise – Régler lesaccoudoirs- Régler l’appui tête- Régler l’appui lombaire- Pouvoir sedéplacer sur sol plat – Permettre la respiration du dos.

Fonctions de contraintes

Respecter la norme CE - Résister à une charge de 120 kg avec uncoefficient de sécurité de 2. (Orientation de la charge selon schéma).

Description de l’entreprise : Dans cet exercice, l’entreprise n’est pas décrite. Laseule chose que l’on sait est que l’entreprise est basée en France. Les fournisseurs etsous traitants sont mondiaux. Le marché est assez haut de gamme à destinationd’usagers professionnels, en Europe.

Objectif éco-conception pour l’entreprise : Valoriser cette chaise auprès de ses clients professionnels.

Étape 1 : Analyse du contexte

Q1) Quels sont les éléments que vous devez examiner afin de cerner le contexte dans lequel devra se dérouler le projet ?

Q2) Identifier les enjeux environnementaux, sociaux et économiques auxquels vous pouvez être confrontés au cours du projet. Signaler si ces enjeux sont plutôtpour l’industriel ou plus globaux.

Étape 2 : Analyse environnementale

Cette étape n’est pas réalisée en détail dans cet exercice. Seule la recherche de l’unité fonctionnelle et une analyse simplifiée sont proposées.

Q3) Rechercher une unité fonctionnelle pour cette chaise de bureau.

Q4) A partir des informations suivantes, réalisez une matrice MET. (Matériaux, Énergie, Toxicité).

Matériaux Procédés Substances Infos divers

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Fig 2 : Schéma cinématique et répartition des efforts

Q4) Compléter le tableau suivant :

Numérode liaison

Type de liaison Pièce/sous ensemble associé

123456789

Q5) Calculer les moments maximum en B et E lorsque l’utilisateur s’assoie en C.(Poids maxi utilisateur = 120kg)

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Description de la filière de recyclage :- Démontage et tri manuel pour les tissus. (95%)- Démontage manuel des sous ensembles en trois parties : assise, dossier, partie basse. (95%)- Broyage des trois parties (100%)- Tri magnétique ( 80%)- Tri par courant de Foucault ( 50%)- Tri densimétrique (90%)

Q9) Calculer le taux de recyclage

Q10) En utilisant l’analyse fonctionnelle technique (fig3) et les données précédentes, proposer un ou plusieurs matériaux issues de ressources renouvelables (bio sourcé) pour concevoir le dossier.

Fig 3 : Décomposition fonctionnelle technique du dossier4 (Reuter 2003).

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A4 : Mise en œuvre de quatre étapes d’éco-conception : Le piano

Objectif de l’application : Cet exercice permet de s’exercer à la conduite d’un projetd’éco-conception de produit électronique.

Domaine technique et particularité de l’application : Des notions d’électronique sont utilisées. Le travail à réaliser porte sur le traitement en fin de vie du matériel D3E, l’interprétation des impacts environnementaux pour l’amélioration, l’éco-conception en vue du recyclage, l’optimisation des transports et l’intégration d’outils d’éco-conception dans l’organisation.

Chapitre de référence dans le livre : Contexte et enjeux industriels, RéglementationEuropéenne, Analyse de cycle de vie et Outils d’éco-conception.

Contexte du sujet :Vous êtes consultant en éco-conception dans un bureau d’étude spécialisé. Votremission est d’accompagner une entreprise de conception et fabrication d’instrumentde musique électronique pour lui permettre de mieux valoriser les aspectsenvironnementaux des produits et de l’entreprise dans son ensemble. L’entrepriseespère ainsi toucher un public jeune, sensibilisé au sujet de l’environnement pourrécupérer des parts de marchés sur ses concurrents. Les concurrents misent soit surune politique d’entrée de gamme à prix faible soit sur du haut de gamme. A contrariol’entreprise que vous accompagnez fournie de bons instruments sans viser le musicien« professionnel ».

Description de l’entreprise :Son instrument phare est le piano électrique. L’entreprise produit également desguitares électriques, des orgues et synthétiseurs. Le volume de vente est d’environ10 000 instruments par an. 4000 pianos, 4000 guitares, 1500 synthétiseurs et 500orgues. Son marché privilégié est l’Europe. De faibles importations sont à destinationde certains pays d’Afrique du Nord. L’entreprise a une taille d’environ 500 employésrépartis sur deux sites, l’un de production l’autre le siège où se déroule ledéveloppement et la commercialisation. Le site de production est basé dans l’est del’Europe et le siège en région Parisienne. L’entreprise souhaite, pour pérenniser sonPage 18 sur 219


Q4) Au regard des résultats d’ACV réalisés sur ce produit, déterminer les deuxprincipaux sous ensembles ou étapes sur lesquels il faut agir pour participer à ladiminution des impacts environnementaux de ce type de produit en Europe. Proposerquelques pistes d’amélioration pour ces deux sous ensembles. (Résultats obtenus enpt normalisé avec Impact 2002+)

Extraction et fabrication : Résultats NormalisésHumanHealth

Ecosystemquality

Climatechange

Resources

Bloc diagram fonctionnel (tous composants saufalim)

0.0206 0.0058 0.015 0.0178

Câblage externe du piano 0.000318 7.5 E-5 9.5 E-5 0.000125

Transformateur électrique 0.00122 0.000283 0.000469 0.000504

Corps en mélaminé et structure acier (1m2) 0.000597 0.000157 0.000518 0.000821

Transport ( 0,5m3 en camion sur 1000 km enmoyenne)

0.000201 6.5 E-5 0.000244 0.000282

Fin de vie (scénario France) 2.1 E-5 7.2 E-7 2.5 E-5 1.4 E-6

Tab 1 : Résultats d'analyse environnementale

Q5) Pensez vous que les mêmes résultats peuvent être utilisés pour les ventes enAfrique du Nord ? Justifier.

Q6) Dites quelles implications peuvent avoir les exigences de la directive D3E surla conception du produit.

Q7) Afin d’optimiser le traitement en fin de vie du produit, nous souhaitonsappliquer quelques règles d’éco conception pour la fin de vie au produit.Proposez 5 règles à appliquer à ce produit .( On s’inspirera des règles de « conceptionpour le démantèlement (CpD) »).

Q8) Construisez un scénario de traitement en fin de vie du produit en utilisantles figures 1 à 6.

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engendre au cours de son « cycle de vie » et proposer des améliorations.

Domaine technique et particularité de l’application : Des connaissances généralesen éco-conception et sciences industrielles ainsi qu’une connaissance partielle de l’ISO 14040 et des impacts environnementaux sont demandées.

Objectif de l’application

Modéliser un produit sur un logiciel d’analyseenvironnementale pour mettre en évidence lesimpacts environnementaux qu’il engendre aucours de son « cycle de vie » et proposer des

améliorations du produit.

Fig1: Exemple de bouilloire de 1 litre.

Objectifs pédagogiques:- Apprendre l’usage d’un logiciel d’analyse de cycle de vie.- Connaître le lien entre modélisation et norme iso 1404x.- Découvrir les bases de données et méthodes de calcul utilisées dans la modélisation.- Rappeler les mécanismes environnementaux utilisés pour le calcul des coefficientsd’évaluation.- Interpréter les résultats d’analyse pour proposer des améliorations de performancesenvironnementales- Proposer et tester des scénarios alternatifs sur la vie du produit.

Pré requis :Connaissances générales en éco-conception et sciences industriellesConnaissances en ACV selon ISO 14040Connaissance des impacts environnementaux

Données d’entrée :

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A6 : Préparation de l’ACV sur logiciel : La souris d’ordinateur (non corrigé)

Objectif de l’application : Introduction à la modélisation d’une ACV sur un logiciel dédié à l’éco-conception pour l’électronique.

Domaine technique et particularité de l’application : Des notions d’électronique sont utilisées. Le travail à réaliser porte sur le choix de bases de données, l’identification de substances dangereuses et les problèmes de conception en vue du recyclage.

Sous objectifs :Apprendre l’usage du logiciel EIMEDécouvrir les bases de données et méthodes de calcul utilisées dans la modélisation.Identifier les indicateurs de conception

Pré requis :Connaissance des impacts environnementauxConnaissances générales en éco-conception et sciences industriellesConnaissances en ACV selon ISO 14040

Description :

Repère Nbr

Désignation Caractéristiques Matériau et fabrication Poids(g)

N 1 Molette Transparent Polycarbonate 3

M 1 Paire de bouton( gauche et droit)

Transparent Polycarbonate injecté 5

L 1 Demi boîtier intérieur Transparent Polycarbonate injecté 18

K 1 Diffuseur Transparent Polycarbonate injecté 8

J 4 Ressort H = 10 mm Diam4mm int

Acier à ressort 3x4

I 1 Del rouge haute luminosité Diam 5mm, corpsblanc

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A7 : Revue critique d’une ACV : Le chauffage collectif bois ( non corrigé)

Objectif de l’application : Vérifier la « qualité » d’une étude d’analyse de cycle de vie.

Domaine technique et particularité de l’application : Des notions d’énergétique dubâtiment sont préférables. Les principaux points de la norme d’analyse de cycle de vie sont utilisés.

Document étudié : Bilan environnemental du chauffage collectif (avec réseau de chaleur) et industriel au bois, note de synthèse décembre 2005.

Référentiels utilisés :Iso 14040-44 pour la méthodologie ACV.Iso 14025 pour la forme du rapport.

Document d'étude utilisé :ACV_Bois_Coll_Ind.pdf téléchargé à l'adresse : http://www2.ademe.frRemarque : Il ne s’agit pas ici d’une revue critiquer conforme aux exigences de revue critique de la norme car nous ne disposons pas du document intégrale ni du temps nécessaire.

I)Définition des objectifs et du champ de l’étude ( chap 4.2)Rappel : Pour être conforme à Iso 14044, la définition doit présenter sans ambiguïté les exigences suivantes: Vérifiez et commentez.

Exigences Iso 14044 : ObjectifC/

NC5 Commentaire

Description de l'application envisagée

Les raisons conduisant à l’étude

5 C/NC = Conformer/ Non Conforme

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A8 : Démarche globale d’éco-conception pour une guitare électrique

Objectif de l’application : Améliorer le bilan environnemental d’une guitare à partir des résultats d’analyse de cycle de vie.

Domaine technique et particularité de l’application : Les résultats d’analyse de cycle de vie sont exploités pour travailler sur l’amélioration du produit. Des notions d’électronique sont utilisées. On fait également appel à des connaissances sur le choixdes matériaux.

Description du sujet :Vous venez d’être embauché chez un fabricant d’instrument de musiques pourdévelopper l’éco-conception au sein de l’entreprise. Votre poste s’intitule « conseillétechnique en innovation-et environnement ». L’entreprise est débutante sur ce sujet.Vous avez 3 mois pour faire la preuve que l’entreprise a fait un bon investissement envous employant. Au-delà des trois mois, si vous êtes convaincant, vous disposerezd’un an pour intégrer l’éco-conception dans l’entreprise de manière pérenne.

Description de l’entreprise :Cette entreprise est une PME d’environ 150 personnes spécialisée dans la conceptionet fabrication d’instruments de musique. Son positionnement sur le marché estmondial et se situe entre le moyen et haut de gamme. Son lieu d’implantation estRennes. Sa gamme de produit est composée de guitares électriques, de flûtes et decymbales pour batteries. L’entreprise se porte bien financièrement mais la directionvous avoue perdre régulièrement des parts de marché pour ces trois typesd’instruments à cause de la concurrence Internationale. Le personnel est passionnépar son travail et le comité de direction attentif à ses salariés souhaite leur proposerune nouvelle aventure pour pérenniser l’entreprise, ce sera l’éco-conception !

Description des instruments avant éco-conception:Guitare : Corps en bois, 6 Micros Haut de Gamme, 6 cordes métalliques, mécaniqued’accordage en acier chromé.Flûte : Modèle en bois pour flûte droite et modèle métallique pour flûte traversière. Page 43 sur 219


Q4) Fin de vie. Le sujet du recyclage apparaît fondamental pour l’entreprise. Pourune des trois options proposées précédemment, définissez un scénario de recyclagepossible. Vous préciserez les outils éventuellement utilisés pour évaluer le taux derecyclage théorique.

Q5) Culture d’entreprise. Pour mettre cette entreprise en ordre de marche sur cettenouvelle problématique, vous avez constaté un « déficit culturel » relatif àl’environnement dès les premières semaines de travail. Pour que l’entreprise adhère àcette démarche et que l’équipe soit opérationnelle pour vous aider dans votre tâche,vous devez élaborer un plan de sensibilisation et formation. Que proposez-vous ?Précisez les contraintes.

Q6) Analyse approfondie. Vous avez enfin réussi votre période d’essai avec succès !Vous allez maintenant entreprendre un travail de fond afin de faire monter encompétences l’entreprise et permettre à ceux qui vous ont accompagné dans le projetde récolter les fruits de leur travail. Vous disposez du soutien d’une équipe soudée,d’une bonne crédibilité et votre ambition d’améliorer fondamentalement ces produitsest intacte. Vous entreprenez maintenant une Analyse de cycle de vie. Voici les résultats obtenus : Résultat 1 : Corps en bois

0%20%40%60%80%

Corps guitare BOIS

micro

mécaniques de

réglage

Cordes

Sens de lecture pour chaque indicateur : De gauche à droite : Corps de guitarebois – Amplificateur – Mécanique de réglage – CordesPage 45 sur 219


A9 : Réflexion sur l’élaboration d’une ACV de cafetière

Objectif de l’application : S’initier à l’ensemble des étapes d’une analyse de cycle de vie.

Domaine technique et particularité de l’application : prise de connaissance des difficultés méthodologiques de l’analyse de cycle de vie. Le travail porte sur le cadrage, l’inventaire, l’analyse et l’interprétation. L’analyse de l’inventaire est effectuée sans logiciel afin de mieux comprendre le modèle. L’interprétation prend encompte les incertitudes.

Contexte de l'étudeLe marché : Modèle, haut de gamme, vendu principalement en Europe et aux États Unis. 50 % du marché est en France, 30 % en Allemagne et 20 % aux États Unis.La production : Le fabricant est en région Parisienne et le distributeur Allemand est à Munich et à New York pour les États Unis.Le service éco-conception : L'étude est réalisée par un bureau d'étude spécialisé pourle compte du fabricant désireux de participer à une étude commandité par l'Ademe.

Données techniquesPuissance 1500 Watts Fonctionnement toujours en nominal Volume Min = 0

Max = 1 litreIl dépendra de l'usage

Nombre cycle testés en laboratoire

3650 Autrement dit 5ans à raison d’une fois par jour . ( confirme le relevé statistique)

Tab1 : Caractéristiques d’une cafetière « standard »

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Fig 1 : Vue éclatée d'une cafetière « standard »

Sous ensemble Pièces matière fab poids

Piècesplastiques

Bloc principal PP Injection HP 0.2 kgpoignée PU Moulage 0.1 kgfiltre PE Injection HP 0.05 kgCouvercle supérieur

PP Injection HP 0.05 kg

4 pieds Caoutchouc Moulage 0.005 kg piecePièces Cuve Aluminium Formage 0.2 kg

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Fig 2 :Résultat de caractérisation sur le cycle de vie de la cafetière pour 3 indicateurs

Questions à traiterQ1) Les scénarios ainsi décrit vous semblent-ils suffisants ?

Q2) Pourquoi a-t-on édité les résultats selon ces trois indicateurs ? En préconisez vous d’autres ?

Q3) Pouvez-vous conclure quant à l’étape du cycle de vie la plus impactant ?

Q4) Que préconisez-vous pour améliorer le « système de produit »

Au regard de l’indicateur des gaz à effet de serre, « GES ». Au regard de l’indicateur « effet cancérigène ». Au regard de l’indicateur « épuisement des ressources »

Q5) quelle nouveau problème pourrit surgir de cette amélioration ? Faut-il compléter les indicateurs ?

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A10 : Cadrage de l’ACV d’une paroi de maison à ossature bois

Objectif de l’application : Préparer l’analyse de cycle de vie d’une paroi constructive.

Domaine technique et particularité de l’application : Bâtiment et matériaux.

Contexte de l’étude :Cette étude est demandée dans le but de participer à l’élaboration d’une base d’information auprès des architectes qui souhaiteraient sélectionner une paroi constructive parmi un éventail de possibilités.

Objectif de l’étude : Comparer des parois constructives en ossature bois, réalisées avec deux isolants de nature différente et avec deux épaisseurs différentes.

Objectif pédagogique 1 : Cadrage de l'étudePré requis :Connaissances générales en éco-conception et sciences industriellesConnaissances de base en ACV selon ISO 14040Connaissance des impacts environnementauxConnaissance en construction de bâtiment.

Travail demandé :1) Faite une analyse fonctionnelle de la paroi constructive d’une maison.2) Proposer une unité fonctionnelle de la paroi.3) Définir un flux de référence.4) Proposer des éléments constructifs permettant de réaliser la paroi proposée sur le dessin. (Utiliser la Fig 1 et TAB 1 ). 5) Identifiez les moyens de fabrication et de mise en œuvre des éléments constructifs. (TAB 1 : Nomenclature de la paroi)6) Compléter la nomenclature en dimensionnant les éléments constructifs au flux deréférence. ( TAB 2 : )

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ventement

Bardagebois

Pare pluie

Pare vapeur

Plâtre

Isolant V1

Tab2 : Nomenclature de la paroi, mise à l'échelle du flux de référence.

Objectif pédagogique 2 : ModélisationIntroduction à la modélisation d’une ACV sur ordinateur.

Sous objectifs :Apprendre l’usage du logiciel SimaproConnaître le lien entre modélisation et norme iso 14044.Découvrir les bases de données et méthodes de calcul utilisées dans la modélisation.Appliquer l’ACV à un modèle constructif du bâtiment.

Travail demandé :8 ) En vu d'analyser la construction de la paroi, il vous est demandé de construire les sous ensembles sur le logiciel et de choisir les bases de données adaptées. Justifier vos choix dans les onglets commentaire du logiciel.9 ) Construire le modèle d'analyse avec les scénarios proposés ci-dessous (itération1)10) Proposez des indicateurs environnementaux adaptés à l'étude. Vous utiliserez lecadrage de l'étude et les flux identifiés lors de cette modélisation. Justifiez.11) Quelles informations complémentaires pourriez-vous apporter pour décrire la paroi à ossature bois ? Quelles pourrait-être l'augmentation des émissions polluantes induites ?

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A11 : Eco-conception d’une poutre de plancher

Objectif de l’application: Proposer des solutions alternatives à la conception d’un support de plancher en suivant une démarche d’éco-conception.

Domaine technique et particularité de l’application : résistance des matériaux, choix de matériaux, procédés et assemblages innovants.

Particularités : On déterminera l’unité fonctionnelle et le flux de référence de deuxmodèles de poutre de plancher afin de comparer certains impacts environnementauxsur cycle de vie des deux solutions. Pour cela on devra la dimensionner et analyserles caractéristiques des matériaux, procédés et assemblage utilisés. On rechercherades alternatives innovantes à cette poutre en sélectionnant des matériaux et un nouvelassemblage tout en identifiant les inconnues à lever pour juger de la pertinenceenvironnementale et technique de la nouvelle solution.

Objectif du bureau d’étude: Dans un premier temps, on comparera les impactsenvironnementaux de deux types de poutre pour réaliser un plancher, l’une en pinsylvestre de section rectangulaire et l’autre en acier de section IPN. Les deux doiventremplir la même fonction et n’ont donc pas les mêmes dimensions. Ensuite à partir decette analyse, l’objectif de l’étude est d’éco-concevoir une poutre de plancherinnovante afin de participer à la minimisation des impacts environnementaux del’ensemble constructif dans le cadre d’une démarche d’éco-construction d’une maison« écologique ».

Q1) Recherchez une unité fonctionnelle sachant que la poutre doit respecter uneflèche maxi de L/200. La charge d’exploitation prévue est de 1000 N en son centre.(Les données de flèches dépendent de l’application du plancher : En France, le« document technique unifié » précise les contraintes techniques à respecter. Icil’application impose une flèche maximum de L/200).

Description de la géométrie et des sollicitations mécaniques de la poutre :

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Q2) Déterminer la masse de chacune des poutres pour assurer l’unité fonctionnelle.(Masse correspondant au flux de référence).

Q3) Utiliser le flux de référence pour comparer les impacts environnementaux desdeux poutres durant la phase de transport. Hypothèse : On utilisera le même type decamion et on part du principe que la distance parcourue depuis le fournisseur auchantier est la même pour les deux solutions. Distance parcourue 50 km A/R.

Tableau à compléterImpact 2002+ Poutre pin

sylvestrePoutreacier

Impact « GWP » (kg équiv CO2)Impact « respiratory inorganics » (kg PM2,5 équiv)

Données : Émission CO2 d’un camion selon base de donnée Simapro et modèle de caractérisationIPPC100 (Méthode Impact 2002+) : 0,22 kg équivalent CO2 pour 1 tkm transportée. Émission departicules 3,5.10-4 kg PM2,5 équivalente pour 1 tkm transportée.

Q4) Identifier la source principale d’impact lié à l’élaboration du matériau, àl’assemblage et au procédés d’obtention. (Source d’impact = aspect environnementalétabli lors d’une démarche d’analyse environnementale en application de l’iso 14001sur site)9.

9 Aspect environnementaux = Source d’impact potentiel sur l’environnement (Iso 14001)

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A12 : Compréhension des modèles de calcul en analyse de cycle de vie

Objectif de l’application : Établir un diagramme des indicateurs d’impactsenvironnementaux potentiels à partir d’un relevé d’activité industrielle.

Domaine technique et particularité de l’application : L’exercice permet devisualiser les opérations réalisées habituellement par les logiciels de modélisationc'est-à-dire, le suivi du cheminement de substances de l’émission à la caractérisation.Il permet également de s’initier au choix de « bases de données » et d’indicateurs.

Produit utilisé en référence : Une bouilloire électrique UF : Faire chauffer 1 litre d’eau 2 fois par jour entre 15°C et 90° C pendant 5 anspour faire le thé.Flux de référence : Une bouilloire type XYZ de masse 1 kg.Caractéristique du site de production : Ce site est situé en France, il est certifié iso14001 ce qui nous permet de connaître les relevés d’activité de production. Un relevéest effectué plusieurs fois par an. Les technologies utilisées sont avancées. Frontière de l’étude : Le site de production est détenteur des camions de livraisonsur la plate-forme logistique. Cette part de transport est donc associée à l’activité dusite.Données du problème : Un relevé d’activité (R). des tableaux de coefficients decaractérisation et d’informations de bases de données pour compléter le relevéd’activité. Une feuille de mise en forme des flux(F). Une feuille de calculd’indicateurs (C). Une feuille de tracé du diagramme des indicateurs(I) de labouilloire initiale et de la bouilloire éco-conçue(Ieco).

Questions :Q1) Pour les activités de production et transport, lister les processus élémentaires surla feuille (F).Q2) Pour chaque processus élémentaire, indiquez les flux des intrants et extrants et placez les dans le compartiment de l’environnement adéquate (F).

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B250 électricité mixte EU ouest

0,73 Bq C-14 / Mj B250 : Basse de données Suisse pour l’Europe de l’ouest (2001).

Inconnue (France) 0,27 Mj/KWhelec

Transport

Base de donnéesutilisée

Valeur pour CamionEuro 4 / tkm dans

l’airIPPC 0,1 kg N2O CML2 V2.03 0,001 kg SO2 CML : Université de Lenden (Allemagne

2003).Ecoindicateur 95 0,002 kg NO2 Ecoindicateur 95 : Base de données

Europe de l’ouest (1995).Ecoindicateur 95 0,1 kg CO2

Publi université ALL 0,1 kg PM2,5

EDIP 0,0015 kg CO2 EDIP : Base de données USA (2000).EDIP 0,003 kg NO2

Feuille de mise en forme des flux (F) :

Une feuille de calcul d’indicateurs (C).

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A13: Analyse fonctionnelle et identification des Aspects Environnementaux d’untéléphone portable

Objectif de l’application : Cadrage d'une étude de téléphone portable et analyse desrésultats d'analyse de cycle de vie suivi d'une réflexion sur l'évolution des téléphones.

Domaine technique et particularité de l’application : Produit à forte évolution defonctionnalités.

Cadrage :1) Définir une unité fonctionnelle plausible pour l'étude du téléphone. (Vous utiliserezvos connaissance du produit et le descriptif fonctionnel de la structure interne fig 1).

Fig 1 : Structure interne d'un téléphone portable

2) Proposer un descriptif des principaux processus à inclure dans les frontières de l'étude.

3) Définissez le scénario qui est le votre pour définir l'usage de votre téléphone.Page 77 sur 219


A14 : Calcul des incertitudes en ACV

Objectif : Identifier et évaluer certaines incertitudes en analyse de cycle de vie.

Domaine technique et particularité de l’application : L’identification des sources d’incertitudes se fait sur une cafetière électrique. Utilisation des lois de probabilité.

Incertitudes :

Questions de cours :

1) Sur quels aspects méthodologiques principaux peut-il y avoir des incertitudes en ACV ?

2) Citez trois lois de probabilité qui peuvent s’appliquer aux incertitudes en ACV. Précisez dans quels cas on les utilise.

3) Comment peut-on transformer des incertitudes qualitatives en incertitudes quantitatives applicables à l’évaluation en ACV ?

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Consommation des ampoules Normale Valeur spécifiée ± 2 W

Nombre de jours par saison Normale Valeur spécifiée ± 15 %

Nombre d'heure d'éclairage par jour selonles saisons

Normale Valeur spécifiée ± 2 heures

% de l'énergie consommée par l'ampoule dissipée en chaleur

Uniforme Valeur moyenne (0.95), minimum (0.9) et maximum (1) supposée

% de la chaleur dissipée transmise à l'air ambiant

Uniforme Valeur moyenne (0.95), minimum (0.9) et maximum (1) supposée

COP des systèmes de chauffage et climatisation

Aucune Valeur (moyennes) déterministes spécifiées

Tab 3 : Hypothèses quant à l'incertitude des données primaires

Réponse :

9) Le résultat d'une simulation de Monté Carlo.A parti de la présentation des résultats de la simulation de Monté Carlo pour 1000 itérations associé à 4 indicateurs, essayer de donnez votre avis sur les deux modèles d'ampoule. (Ces 4 indicateurs pouvant représenter les enjeux du moment).

Fig 2 : Résultat d'une simulation de Monte Carlo pour 4 indicateurs.

Commentaire :

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deux types de bateaux avec trois chaînes énergétiques distinctes.

Domaine technique et particularité de l’application : Énergétiques, analysecritique, réglementation, méthode d’évaluation, améliorations technologiques.

Eco-bilan comparé entre un bateauélectro-solaire et un bateau diesel

Document issu de la conférence Confrège2012 à Montreal. Auteur : J.Richard et A.Novelle. 2004. Cette étude est librementadaptée par H.maire. Objectif de l’application : Comparaisondu bilan énergétique et environnemental dedeux types de bateaux avec trois chainesénergétiques distinctes.

Domaine technique et particularité del’application : Analyse critique,Rendement énergétiques, réglementation,méthode d’évaluation, améliorationstechnologiques.

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A16 : Application de l’ACV pour une pompe à chaleur (non corrigé)

Objectif de l’application : Comparaison des étapes du cycle de vie d’une pompe àchaleur en vue de son eco-conception ; comparaison avec d’autres systèmes dechauffage en vue de son positionnement de marché.

Domaine technique et particularité de l’application : Énergétique,thermodynamique et mécanique. Cette application est le résultat d’une analyse decycle de vie.

Description d'une pompe à chaleur :

Fig1 : Schéma de l'installation complète et de principe de la pompe à chaleur.

Q1) Expliqué en quelques lignes le fonctionnement d'une pompe à chaleur. (Principe scientifique et technique).Techniquement : Composants principaux ? Rôle ?Scientifiquement : Principe thermodynamique

Q2) Commentez l'unité fonctionnelle proposée pour réaliser l'analyse de cycle devie de la pompe à chaleur: « Maintenir une habitation avec jardin à une température

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Émissions mensuelles en temps réel des gaz à effet de serre :

fig 4 : Suivi de l'indicateur « Émission de gaz à effet de serre », mois par mois .Valeurs indicatives 13.

Q8) Choix d'indicateurs environnementaux.Choisissez parmi un panel d'indicateurs, quatre d'entre eux qui vous semble les pluspertinent pour traiter notre analyse sur le cycle de vie (cochez d'une croix dans letableau) . Expliquez l’intérêt et les limites imposées par ce choix.[Rappel : Le choix d'indicateurs représentatifs des impacts environnementaux d'unsystème est toujours une tâche délicate. Justifier ce choix nécessite à la fois descritères scientifiques ( A minima l'indicateur concerne le sujet traité) mais aussi« politique » (A minima, l'indicateur doit présenter un intérêt pour l'exploitation desrésultats en fonction de l'objectif). Ce choix est souvent réalisé avec l'avis d'expertsavec plusieurs évaluations successives. Dans cette question, nous proposons de pré-déterminer, à priori, les indicateurs à examiner en premier lieu pour représenter deuxétapes du cycle de vie, la fabrication et l'utilisation].13 On peut retrouver une valeur instantanée des GES produit par le parc électrique Français à l'adresse : http://www.rte-

france.com/fr/developpement-durable/eco2mix/donnees-nationales/emissions-de-co2-par-kwh-d-electricite-produite-en-france. La valeur utilisée dans cet exercice est corrigée par rapport aux données RTE.

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Fig 6 : Résultat comparatif de trois modes de chauffage. Acidification de l'air.

Q11) Quel type d'émissions pourraient être à l'origine du résultat d'acidification de l'air par le chauffage fuel ? Par quelle technique l'atténuer ?

Q12) D'après les résultats du tableau 1, quelles objectifs pourrait-on fixer pour assurer des moyens de chauffage allant dans le sens des objectifs de la directive NEC.

SO2 NO2 COV NH3

Émissions 1990 (Ktonnes) 1342 1905 2451 769

Objectifs 2010 (Ktonnes) 375 810 1050 780

Tab1 : CITEPA – inventaire SECTEN 2002

Objectifs d'émissions retenus pour la France dans le cadre de la directive NEC14.

14 NEC : Directive Nationale émission ceilings. En réalité cette directive ne concerne que les « grandes installations industrielles et de chauffage » mais dans le cadre d'un travail d'éco-conception cette directive peut servir de référence. ( les plafonds concernent l'acidification, l'eutrophisation et les précurseur d'ozone troposphérique)

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A17 : Analyse bibliographique en vu de l'éco-conception d'une pompe à chaleur.

Objectif de l'application: Réaliser une étude bibliographique en vu de travailler sur l'éco-conception d'une pompe à chaleur. Formaliser les résultat sous la forme synthétique d'une « carte mentale ».

Particularité de l'application : Le sujet traité concerne la pompe à chaleur et les traitements de surface.

Contexte du sujet : La PAC contient un compresseur frigorifique qui est un élémentessentiel dans les performances environnementales globales du système. Pour cetteraison, le fabriquant de la PAC souhaite utiliser un compresseur spécifique. Voustravaillez chez un fabriquant de compresseurs et vous êtes sollicité pour initier unedémarche d'éco-conception sur les nouvelles gammes de produit. Pour cerner lesdifférents aspects du sujet, vous devez réaliser une petite étude bibliographique puisétablir une « carte mentale » pour visualiser les aspects essentiels à retenir. La PACcontient également un boîtier de commande insérer dans une armoire métallique.L'armoire doit être traitée avec un traitement anti rouille. Historiquement l'entrepriseutilisait du chrome VI mais la réglementation ayant évoluée, celui ci est actuellementinterdit en Europe. Une étude pour une traitement de substitution doit être menée.

Premier sujet à traiter : Réaliser une étude bibliographique et une carte mentalepour la « Mise en place d'une démarche d'éco-conception pour les compresseurs deréfrigération ».

Deuxième sujet à traiter : « Suppression du chrome VI dans le traitement des surfaces métalliques des équipements électriques ».

A18 : CONDUITE D'UN MINI PROJET D'ÉCO-CONCEPTION (NON CORRIGÉ)

OBJECTIF DE L'APPLICATION: DÉCOUVRIR ET METTRE EN ŒUVRE LES ÉTAPES DE DÉVELOPPEMENT D'UN PRODUIT INDUSTRIEL ÉCO-CONÇU.

Domaine technique et particularité de l'application :

- Définition des critères environnementaux du produit

- Création d’un document d’analyse de conceptionPage 106 sur 219


A19 : Comparaison des impacts environnementaux d'une voiture à essence etd'une voiture électrique.

Objectif de l’application : Prendre conscience des limites de la technologique dans la diminution des impacts environnementaux.

Domaine technique et particularité de l’application : Énergétique

Exercice 2 : Comparé les impacts environnementaux d’une voiture électrique avecceux d’une voiture à essence. ( on ne s’intéresse ici qu'aux impacts environnementauxprovenant de l'énergie).

1) Décrire de manière simplifiée les étapes de vie à prendre en compte

2) Évaluer une valeur de rendement énergétique moyen pour chaque type véhicule lors de l'utilisation

Véhicule essence (ordre de grandeur) Véhicule électrique (ordre de grandeur)

Rendement de production du pétrole (raffinage + distribution) =

Rendement de production de l'électricité (centrale nucléaire) =

Rendement utilisation du véhicule =( moteur thermique) et (mécanique)

Rendement utilisation du véhicule =( moteur électrique) et (mécanique)

Rendement moyen moyen( prod pétrole + utilisation) =

Rendement moyen moyen( prod pétrole + utilisation) =

Tab 1 : Rendement de plusieurs étapes du cycle de vie.

3) Comparer les valeurs obtenues pour la voiture essence et celle électrique.Conclure à propos des rendements et préciser les apports énergétiques quenous aurions pu ajouter.

4) Proposez deux indicateurs environnementaux pour chaque véhicule.

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A20 : Soutenabilité dans l'électronique: le cas des matériaux

Objectif de l’application : Identifier les problèmes environnementaux, sociaux et économiques les plus fréquents concernant l'usage des matériaux dans l'électronique.

Domaine technique et particularité de l’application : Matériaux, développement durable, électronique.

1) Indiquez quels types de composants électroniques ou électriques utilisent les matériaux identifiés par l'indicateur « RMD » du tableau suivant : ( numéro 1 à 6)

2) Expliquez l'unité utilisée pour cet indicateur et précisez quel est le matériaux leplus préoccupant compte tenue de sa rareté.

3) Quel autre matériaux pourrait devenir critique rapidement en tenant compte dudéveloppement de la consommation actuelle ? Pourquoi ?

4) Quels sont, selon vous les principaux enjeux auxquels le monde peut être confrontéconcernant les matériaux ?Enjeux environnementaux:Enjeux sociaux : Enjeux économiques :

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A21 : Initiation à l' analyse de cycle de vie

Objectif de l’application : S'initier à l'Analyse de Cycle de Vie

Domaine technique et particularité de l’application : Délimitation d'un périmètre d'étude.

1) Nous souhaitons comparer le profil environnemental de deux horodateurs. Lepremier est un horodateur standard alimenté par un réseau électrique sous la chaussée.Le deuxième est un horodateur alimenté par un panneau solaire placé sur son sommet.Définissez au mieux le périmètre d'étude.

2) Afin de comparer les performances environnementales de deux modèles debouilloire pour chauffer de l'eau, nous devons définir les caractéristiques principalesque nous attendons de ces deux produits et les comparer pour un service renduéquivalent. Quelles caractéristiques donneriez vous à ces bouilloires ?

3) Avec la définition de l'unité fonctionnelle que vous proposez dans la question 2,évaluez approximativement la quantité d'énergie correspondant à ces deux produits.( Données : tps de chauffe 1 minute 30s / litre. Puissance consommée bouilloire : 1000 watt, capacitéthermique volumique de l'eau : 4200 kj.m-3.k-1).

4) Pour cette analyse de cycle de vie, nous avons retenus 4 indicateurs principaux :Indicateur 1 « Gaz à effets de serre », unité kg eq CO2. Évalué selon le modèle : IPPC GWP 100aIndicateur 2 : « radiations ionisantes » unité en Bq C-14 eq selon le modèle utilisé dans la méthode decalcul :Impact 2002+ V2.05Indicateur 3 : « Toxicité » unité kg 1,4 dichlorobenzène eq selon la méthode usetoxIndicateur 4 : « Eutrophisation aquatique » unité kg PO4 selon la méthode Impact 2002+

4.1) Donnez un élément de réponse pour justifier l'utilisation du modèle IPPC GWP100a c'est à dire de l'évaluation des gaz à effet de serre sur une durée de 100 ansplutôt que l'indicateur IPPC GWP 20a ou IPPC GWP 500a.4.2) Donner une raison possible qui justifierait l'usage de l'indicateur « radiationsionisantes ».4.3) Dans l'élaboration d'une bouilloire, quels procédés industriels peuvent-ils êtretoxique ?4.4) Quel flux de produit lors de la fabrication pourrait être à l'origine d'uneeutrophisation aquatique ?

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A23 Tester vos connaissances sur la méthode de calcul Usetox

Répondre sur la feuille du sujet de manière synthétiqueUseTox :Questions de cours : ( 3 pts)

1. Quel est le type d’évaluation propose la méthode UseTox (indicateur) ?

2. Combien de substances sont caractérisées par ce modèle ?

3. Est-ce représentatif du nombre de substances problématiques en Europe ?

4. Quelles sont les unités utilisées pour les indicateurs de la méthode d’évaluation ?

5. Quels types de pathologies ou d’effets sur la nature ce modèle permet-il de mettre en évidence ?

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6. Combien d’échelle d’évaluation (compartiments) sont définies pour ce modèle ? Lesquelles ?

Questions d’application: (6pts)4. Décrire le modèle général UseTox en précisant les « mécanismes » à chaque

étape.( 3pts)

5. Expliqué en Français ce qui est décrit dans les images suivantes :(3pts)

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A24 Analyse comparée de trois études concernant l'usage d'ampoule basseconsommationAnalyser les différences entre les paramètres et les conclusions de ces trois études.Quelle étude vous semble la plus intéressante pour la préservation del’environnement? Pourquoi ? ( Tab 1, 2, 3, 4)

Tab 1 : Principaux paramètres des études « Parsons » et « pfeiter »

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Fig 2 : Impact environnemental de moteurs depuissance différentes pour un même usage. Fig 7 : Pertes en fonction de la vitesse de rotation

[1] Leonardo Energy, the Global Community for Sustainable Energy Professionals, http://www.leonardo-energy.org/drupal/node/4085. [2] S. FASSBINDER, « Saving energy with high-efficiency motors », Leonardo ENERGY, Sept. 2007, http://www.leonardo-energy.org/drupal/high-efficiency-motors. [3] « L’Electricité en France en 2007 : une analyse statistique », Observatoire de l’énergie, Direction Générale de l'Énergie et des Matières Premières, www.industrie.gouv.fr/energie. [4] « Statistiques de l'énergie électrique en France », Rapport 2007, www.rte-france.com. [5] S. CORINO, E. ROMERO, L.F. MANTILLA, « Actions to promote Energy Efficient Electric Motors », S.A.V.E. Study.European Commission, October 1996. pp. 30-3. [6] A. DE ALMEIDA et al. « Improving the penetration of energy-efficient motors & drives », European Commission DG TREN, SAVEII Motors Final Report, Mar. 2000. [7] F. NOTELET, J. F. BRUDNY, « Calcul des machines électriques », La revue 3EI, SEE – cercle thématique 13.01, Décembre 1994.[8] J. ANCEL, « Machines asynchrones, Fonctionnement et calculs », Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique, D 3-450. [9] Y. BETIN, « Refroidissement des machines électriques tournantes », Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique, D 3-460. [10] J-L. COUDERT, P. DELSALLE, C. DUPUIS, D. HOTTOIS, « Construction mécanique des machines électriques tournantes », Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique, D 3-780. [11] R.P. BOUCHARD, G. OLIVIER, « Conception de moteurs asynchrones triphasés » éditions de l’école polytechnique de Montréal 1997. [12] A. ALMEIDA, R. BOTELER, C. U. BRUNNER, M. DOPPELBAUER, W. HOYT, « Electric Motor Mandatory Energy Performance Standards (MEPS) Guide », Published on Leonardo ENERGY, Feb. 2009, http://www.leonardo-energy.org/drupal. [13] M. JUFER, Electromécanique, Traité d’électricité volume IX, Presses polytechniques et universitaires Romandes, 1995. [14] « L'efficacité énergétique dans l'Union Européenne : panorama des politiques et des bonnes pratiques », Service Observation, Economie et Evaluation de l'ADEME, novembre 2008. [15] B. MULTON et al., « Eco-conception : de nouveaux critères de conception en électrotechnique pour le développementdurable », REE mai 2008. [16] W.E. REES, « Ecological footprints and appropriated carrying capacity : what urban economics leaves out », Environmentand Urbanization, Vol.4, N°2, 1992.

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Intérêt ? Avantages ?

17) Quel est le type de matériaux de substitution utilisé pour le ventilateur ? Pourquoi ? Caractéristiques ? Type de tests effectués ?

18) Quel type d'opération métallurgique influence les performances des tôles ? Quel effet cela a-t-il sur les machines à courant alternatif ? Quelle innovations on été proposées ?

19) Qu'est-ce qui caractérise le nouveau roulement à bille à haut rendement ? Quelles performances ?

20) Quels sont les deux principaux objectifs atteints ?

Questions de réflexion :21) Que pensez-vous du périmètre d'étude ?

22) Que pouvez-vous dire des aspects environnementaux des principaux matériaux utilisés ?

23) Pensez-vous que l'éco-bilan effectué sur le moteur en fonctionnement en régimenominal est représentatif du problème réel ?

24) Les indicateurs de la méthode CML répondent ils aux besoins de l'étude ?

25) D'après les aspects environnementaux mis en évidence quelles autres méthodesaurait-on pu utiliser ?

26) Quel démarche de traitement en fin de vie pourriez-vous formuler pour lemoteur ?

27) En utilisant le tableau 2 dite comment vous pourriez dissocier les plastiquesprovenant d'un mélange des trois modèles de moteur au niveau du centre derecyclage ?

28) Quels peut être le client final d’un tel produit ? En quoi l’éco-conception peut ellel’intéresser ?

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Documents

H.Maire Exercices d’éco-conceptionmysti2d.net/mysti2dter/wp-content/uploads/2014/10/eco-conception... · basse consommation ... Démarche globale d’éco-conception pour une guitare