Qu'est-ce que l'écoconception ?

L'écoconception est une approche qui prend en compte la durabilité et l'impact environnemental d'un produit à chaque étape de son cycle de vie (de la phase de conception à la phase de fabrication, à sa capacité à être réutilisé) et les intègre directement dans la conception. L'écoconception tient compte de la durée de vie d'un nouveau produit et de l'impact de cette durée de vie sur les cycles de vie futurs. Les produits écoconçus comportent souvent des exigences de conception supplémentaires, visant à trouver un bon compromis et à atteindre l'équilibre idéal entre performance et fonctionnalité techniques d'une part, et durabilité d'autre part.

De nombreux facteurs sont retenus lors de la conception de produits plus durables et respectueux de l'environnement, notamment :

• Quelle est la durée de vie du produit et que se passera-t-il lorsqu'elle arrivera à son terme ? Le produit peut-il être conçu de manière à permettre le démontage pour remplacer les pièces usées (c.-à-d., la prolongation de sa durée de vie) ? Existe-t-il un système de récupération des produits en fin de vie ?
• Quels sont les impacts environnementaux des matériaux et procédés utilisés aux différentes étapes de la fabrication d'un produit (consommation d'énergie, empreinte CO₂, consommation d'eau, etc.) ? Peut-on utiliser d'autres matériaux et procédés en dehors des matériaux et fournisseurs préférés de l'entreprises ?
• Les fabricants promeuvent-ils l'efficacité énergétique par le biais des énergies renouvelables, ou utilisent-ils des combustibles fossiles pour fabriquer le produit ?
• Quelle est l'empreinte carbone du produit ?
• Quels sont les principaux contributeurs (pièces, transport, utilisation des produits, etc.) et lesquels peuvent être modifiés pour maximiser la réduction de cette empreinte ?
• Les matières premières prévues sont-elles durables ou existe-t-il des options plus respectueuses de l'environnement (par exemple, une teneur plus élevée en contenu recyclé, l'utilisation d'énergie verte ou l'utilisation de nouveaux procédés verts) ?

Ces questions peuvent être posées au cours des étapes de conception et de développement du produit pour s'assurer qu'un produit est conçu selon des principes durables. ll est toujours préférable d'examiner ces questions en amont du cycle de conception. Le changement est souvent envisagé trop tardivement ; une approche préventive est donc la façon la plus efficace pour concevoir des produits durables.

Avec l'entrée en vigueur de nouvelles réglementations, la chaîne de valeur adopte de nouvelles mesures qui auront une incidence sur la chaîne d'approvisionnement et inciteront chaque niveau à divulguer et améliorer les indicateurs de durabilité de leurs produits. C'est déjà le cas avec les réglementations REACH (Registrement, Evaluation, Authorization and restriction of CHemicals) et cela deviendra encore plus critique à l'avenir, c'est pourquoi ces points doivent être abordés le plus en amont possible.

Le règlement sur l'écoconception des produits durables (ESPR), connu sous le nom de Directive européenne sur l'écoconception, est un cadre réglementaire qui est utilisé parallèlement aux exigences de déclaration de la Directive sur les rapports de durabilité des entreprises (CSRD) pour promouvoir la durabilité des produits dans l'Union européenne (UE).

L'ESPR couvre plusieurs aspects de l'écoconception, et plus particulièrement :

• Améliorer la durabilité, la réutilisation, l'évolutivité et la réparabilité des produits afin de prolonger leur durée de vie
• Rendre les produits plus économes en énergie et en ressources grâce à une consommation d'énergie réduite
• Éviter les matériaux qui contiennent des substances entravant la circularité
• Réutiliser les matériaux dans de futurs produits pour promouvoir une économie circulaire et une utilisation réduite des ressources naturelles
• Augmenter la teneur en matériaux recyclés utilisés dans un produit
• Rendre les produits plus faciles à remanufacturer et à recycler
• Réduire l'empreinte environnementale et l'empreinte carbone des produits
• Améliorer la disponibilité des informations concernant la durabilité des produits afin de promouvoir la transparence au sein de la chaîne d'approvisionnement.

L'ESPR est entré en vigueur en juillet 2024 ; il constitue donc un cadre relativement nouveau qui est encore susceptible d'être modifié et de poursuivre son développement. S'agissant d'un cadre, il fixe bien sûr des objectifs spécifiques. Mais il fournit également un moyen aux entreprises de réfléchir aux manières de prolonger la durée de vie de leurs produits et d'améliorer leur impact environnemental tout au long de leur cycle de vie. Dans un avenir proche, des règles concrètes seront adoptées produit par produit ou pour des groupes de produits aux caractéristiques similaires.

L'écoconception a pour principe central de prendre en compte les aspects environnementaux entrant dans le développement des produits et de réduire leur impact environnemental tout en conservant leur fonction technique. De nombreux indicateurs régissent l'écoconception :

• Empreinte carbone des matériaux et des procédés
• Consommation d'eau
• Efficacité énergétique
• Quantité de matériau gaspillé pendant la production
• Réutilisation ou capacité à être recyclé
• Quantité de ressources utilisées
• Conformité réglementaire
• Génération de pollution

Tous ces éléments contribuent à créer un produit avec un équivalent dioxyde de carbone (CO₂-eq) et une énergie incorporée plus faible, réduisant ainsi son impact sur l'environnement.

Équilibre entre performances, coûts et durabilité dans l'écoconception

L'un des principaux défis de l'écoconception consiste à trouver un compromis entre la performance du produit, son coût et sa durabilité. Les facteurs impactant les performances finales et les propriétés des produits sont les suivants :

• Choix des matériaux
• Forme du matériau
• Différents procédés de fabrication

La modification de ces facteurs peut entraîner des changements de performance à prendre en compte pour que le produit devienne plus durable. Le remplacement du matériau dont il est constitué modifie aussi potentiellement la chaîne d'approvisionnement, ce qui a une incidence sur le coût global.

Ce compromis établit un lien entre les performances du produit et les exigences définies, tout en atteignant un certain niveau de durabilité. Le cycle de vie étant différent d'un produit à un autre, la mise en place d'un cadre d'écoconception sera spécifique à chacun d'eux.

Les entreprises se voient souvent contraintes par les procédés et les équipements de fabrication disponibles, un facteur qui détermine le degré de durabilité du produit. Le type d'équipement peut en effet limiter les matériaux utilisés pour fabriquer le produit et restreindre les géométries fabricables.

Compromis dans l'écoconception axée sur les matériaux

L'écoconception axée sur les matériaux est un aspect important du processus de conception. Le choix des matériaux est un moyen simple d'augmenter les performances ou la durabilité. De nombreux matériaux sont écologiques, tandis que d'autres privilégient les hautes performances, et d'autres encore offrent un compromis entre les deux propriétés.

Par exemple, des matériaux tels que la cellulose, la lignine, la chitine et d'autres polymères naturels sont plus respectueux de l'environnement que les polymères synthétiques lors de la conception d'appareils électroniques, tels que les circuits électroniques flexibles et les dispositifs portables. Cependant, les matériaux synthétiques offrent généralement de meilleures performances mécaniques et thermiques pour de nombreux produits. La solution réside dans les matériaux hybrides naturels-synthétiques : En combinant des composants naturels et synthétiques, la structure composite atteint un équilibre dans les performances et améliore la durabilité par rapport aux matériaux synthétiques seuls.

La forme du matériau est également très importante dans l'écoconception, car elle peut améliorer les performances des matériaux durables en fonction de l'application. L'optimisation de la forme d'un matériau par simulation et modélisation avant la fabrication permet d'identifier les contraintes de chargement maximales dans le matériau. Une fois identifiée, la géométrie peut être optimisée pour améliorer les performances des matériaux et prolonger le cycle de vie du produit.

Avantages et considérations de l'écoconception

Différentes considérations de conception doivent être prises en compte lors de l'adoption d'une approche d'écoconception. De nombreux compromis doivent être envisagés aux phases de la conception et de l'optimisation. Or la durabilité est souvent négligée jusqu'à un stade tardif du processus, car la plupart des entreprises ne sont pas équipées pour une fabrication durable.

L'écoconception offre de nombreux avantages, dont les principaux sont les suivants :

• Impact environnemental positif
• Contribue à réduire les effets du changement climatique
• Réduit les déchets dans la société
• Avantage concurrentiel grâce à une offre en produits plus durables

Le plus grand obstacle à l'écoconception : Le manque de données et d'outils

De nombreuses entreprises comprennent la nécessité d'intégrer des processus durables dans la conception, mais il leur manque souvent les données, l'expertise et les outils nécessaires pour évaluer l'impact environnemental des différents matériaux et procédés. Bien des fournisseurs ne communiquent pas sur leur impact environnemental. Les entreprises peuvent se trouver dépourvues d'objectifs de durabilité concrets ou se heurter à des réticences de la direction, laissant alors les efforts d'écoconception sur le côté.

De nombreuses entreprises ne reconnaissent la nécessité d'un changement qu'à la fin du cycle de fabrication. Les raisons en sont souvent des stipulations environnementales, sociales et de gouvernance (ESG), des exigences CSRD, ou simplement un manque d'information plus tôt dans le processus. À ce stade, remplacer un matériau par un autre est souvent trop coûteux, car cela nécessiterait de retravailler et de réoptimiser le produit pour garantir qu'il respecte les spécifications techniques initiales.

L'écoconception est une priorité pour de nombreuses entreprises, et la simulation peut les aider à optimiser leurs conceptions sur le plan écologique. Des bases de données de référence sont à la disposition des entreprises qui ne reçoivent pas de données primaires de leurs usines ou fournisseurs, ce qui facilite la réalisation d'une écoanalyse.

Ainsi, elles peuvent s'appuyer sur la banque de données d'Ansys Materials Universe, qui contient des données sur la performance, le coût et l'environnement concernant plus de 4 000 qualités génériques de matériaux techniques. Cette ressource permet aux entreprises d'évaluer les performances, les coûts et l'impact environnemental pendant la phase de conception, avant de décider quel matériau utiliser.

Les passeports numériques des produits, un remède à la rareté de l'information

Dans un avenir proche, les passeports numériques des produits aideront les entreprises à obtenir des informations sur le caractère écologique de leur chaîne d'approvisionnement beaucoup plus rapidement et plus facilement. Les passeports numériques sont des enregistrements numériques des matériaux utilisés dans un produit et comprennent des informations sur l'origine, les propriétés, les options de fin de vie et l'impact environnemental d'un matériau.

Le déploiement des passeports numériques commencera par les piles, car elles contiennent des terres rares qui peuvent avoir un impact significatif sur l'environnement si elles ne sont pas éliminées correctement. Les passeports numériques favoriseront le suivi de la circularité et assureront une transparence sur l'empreinte environnementale des matières premières utilisées dans un produit. S'ils ne sont pas encore obligatoires à l'heure actuelle, les entreprises situées à tous les points de la chaîne d'approvisionnement ont tout intérêt à se préparer à leur arrivée.

L'écoconception soutient une économie circulaire

L'écoconception complète une économie circulaire, car elle évite activement la création de produits à usage unique qui n'ont pas d'autres options en fin de vie que l'élimination. Alors que dans une économie linéaire, la valeur d'un produit est détruite en fin de vie, l'économie circulaire permet de la préserver, en privilégiant le recyclage et la réutilisation plutôt que la refabrication. Nous vous recommandons la lecture de ce rapport du cabinet de stratégie et de finance McKinsey, qui montre que les entreprises choisissant de prioriser les aspects ESG dans leurs stratégies de croissance devancent souvent leurs pairs.

L'empreinte environnementale d'un produit est largement déterminée lors de la phase de conception. Une fois qu'une conception est finalisée, elle ne peut pas être facilement modifiée. Dans les premiers stades, les matériaux, la conception et les processus de fabrication peuvent tous être ajustés pour s'aligner sur les principes de l'économie circulaire. Le choix de matériaux recyclables et une conception facilitant le démontage, conditionnent les étapes en aval qui déterminent si le produit est écologique et réutilisable. En concevant correctement leur produit d'emblée, les fournisseurs éviteront plus efficacement les coûts et retards inutiles.

Étant donné que 80 % de la conception d'un produit sont déterminés dès les premières étapes de la conception, il est essentiel d'examiner quels compromis potentiels doivent être faits pour améliorer sa durabilité.

C'est à ce moment que la simulation devient essentielle. Il est beaucoup plus facile d'examiner virtuellement un modèle de produit et de changer le type et la forme du matériau que d'apporter des modifications à des prototypes physiques dans une approche par essais et erreurs. Les simulations peuvent montrer aux utilisateurs les avantages des différentes configurations de matériaux ou de formes, ainsi que la teneur en contenu recyclé d'un produit. Elles permettent de mieux comprendre les tolérances et les restrictions de fabrication. On obtient ainsi le produit le plus optimisé en fonction des performances mécaniques, thermiques ou électroniques souhaitées et des facteurs de durabilité.

L'utilisation de la simulation aide les entreprises à économiser du temps et de l'argent dans le cycle de développement et à gérer les éventuelles modifications de conception avant la réalisation d'un prototype physique. Ansys propose une gamme d'outils de simulation tels que les logiciels Ansys Discovery, Ansys Mechanical et Ansys LS-DYNA pour vous aider à concevoir et simuler des produits complexes. Ils sont appuyés par des outils de gestion de données, tels que la suite de produits Ansys Granta pour les données de matériaux et le logiciel Ansys Minerva pour la gestion des processus de simulation et des données (SPDM).

Ansys fournit également des outils d'optimisation, tels que le logiciel Ansys optiSLang qui aide à déterminer les compromis potentiels entre les performances techniques, la durabilité et les considérations de coût pour l'écoconception. Ces données sont utilisables tout au long du processus de développement et du cycle de vie du produit pour répondre aux exigences de conception et de durabilité. La simulation peut également modéliser et optimiser le processus de fabrication, suivre les calendriers de maintenance individuels à l'aide du logiciel Ansys Twin Builder et calculer la consommation d'énergie des procédés de fabrication.

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