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Conception en vue du démantèlement

Définition

La conception pour le démantèlement (aussi appelée conception pour le recyclage, ou conception pour le désassemblage) regroupe les pratiques permettant d’optimiser la manière dont sera traité un produit en fin de vie, ainsi que d’optimiser la séparation des composants et des matériaux en vue de leur valorisation ultérieure (réparation, recyclage, valorisation énergétique). La conception pour le démantèlement s’applique autant pour un produit destiné à être démonté que pour un produit destiné à subir une étape de broyage. Les considérations sont notamment liées aux choix et à l’association des différents matériaux qui constituent un produit mais également à l’assemblage et aux liaisons mécaniques entre les composants et sous-ensembles de ce produit.

Pourquoi la conception pour le démantèlement

Objectifs

Le principal objectif de la conception pour le démantèlement est d’intégrer dès la conception les problématiques liées à la fin de vie d’un produit. Il est en effet plus efficace d’adapter un produit en fonction des filières de démantèlement (recyclage) susceptibles de le traiter en fin de vie que l’inverse. Il n’est pas possible pour des raisons d’ordre économique ou technique de séparer et de recycler l’intégralité des constituants d’un produit (M.A. Reuter & al), il convient donc que le choix des matériaux et leur assemblage soient le plus adaptés en vue du démantèlement.

L’objectif du démantèlement est également de faciliter la réparation. Cela permet ainsi de prolonger la durée de vie « en service » d’un produit, ou durée de détention totale (plusieurs vies au travers de plusieurs utilisateurs différents) et évite ainsi la production directe de déchets.

La conception pour le démantèlement a donc pour but de faciliter :

La réutilisation ;

Le réemploi ;

– La remise à niveau/en état ;

– Le recyclage.

« Réutilisation, réemploi, remise à niveau/en état, le recyclage » quelles différences ?

  • Premier cas de figure, le produit n’est pas en fin de vie :
  • – Il peut être mis à niveau, exemple : on change un ou plusieurs composants d’un ordinateur (mémoire vive, processeur, carte graphique, etc.) pour continuer à l’utiliser.
    – Il peut être remis à neuf, c’est le cas d’un retour d’un produit pendant sa période de garantie. Remis à neuf, il peut être à nouveau utilisé.

  • Second cas de figure, le produit a atteint la fin de sa première vie (c’est à dire que son propriétaire souhaite s’en séparer) :
  • – Il est en état de marche, il peut faire l’objet d’un réemploi. C’est le cas des parcs informatiques de certaines entreprises qui sont renouvelés à intervalle régulier.
    – Il ne fonctionne plus, mais il peut être réparé. Après réparation, le produit pourra être réutilisé. Exemple : un téléphone portable dont on va changer la batterie, une machine à laver dont la courroie doit être remplacée; etc.

  • Dernier cas de figure, le produit ne fonctionne plus et ne peut être réparé. Dans ce cas, le produit sera recyclé.

Enjeux

Les choix techniques réalisés lors de la phase de conception d’un produit sont primordiaux pour la « performance » d’un produit vis-à-vis de son démantèlement. On estime que seulement 10 à 20% des coûts et bénéfices du recyclage sont imputables à l’optimisation du procédé de recyclage, quand 80 à 90% de ces coûts sont déterminés au moment de la conception (Etude : Desai, A., Mitak A.)

Plus généralement, les enjeux de la conception pour le démantèlement sont de :

– Préserver les ressources en matières premières,

– Réduire la quantité de déchets non valorisables qui partent en enfouissement,

– Faciliter l’atteinte des objectifs réglementaires de recyclage.

Principes de la conception pour le démantèlement

La conception pour le démantèlement s’articule autour des trois grands principes suivants :

Choix et utilisation des matériaux

Prendre en compte la quantité de matière recyclable dans un produit et le coût de reprise de la matière recyclée :

Le recyclage d’un produit ne sera pertinent que s’il est possible de le séparer (manuellement ou mécaniquement) en flux de matériaux suffisamment purs (M.A. Reuter and A. van Schaik – 2012). Le choix des matériaux est notamment conditionné par le type de traitement que subira le produit en fin de vie. Suivant le coût de reprise des matières recyclées, le choix d’un démontage manuel ou mécanique s’avèrera plus approprié. Ce choix dépendra de la quantité de tels ou tels matériaux pouvant être extraits d’un produit, mais aussi de la vitesse d’extraction possible de ces matériaux.

Le tableau ci-dessous donne un ordre de grandeur pour quelques matériaux, de la quantité (en grammes par minute) de matériau qu’il faut extraire d’un flux de déchet pour que l’activité soit économiquement viable.

Matériaux précieux
Or0,05
Palladium0,14
Argent5,1
Métaux
Cuivre300
Aluminium700
Acier50000
Plastiques
PEE250
PC, PM350
ABS800
PS1000
PVC4000
Autre
Verre6000

Tableau 1: quantités économiques d’extraction de quelques matériaux (en g/min)

Exemple : Pour que le recyclage de l’ABS soit rentable, il faut être capable de trier 800g d’ABS en une minute à partir d’un flux de déchets. En revanche, pour que l’extraction et le recyclage de l’or contenu dans des déchets soit rentable, il suffit de parvenir à en extraire 50mg (0.05g) dans le même laps de temps.
 

Marquer les pièces (plastiques) :

Concernant les pièces en matières plastiques, l’une des principales mesures de conception en vue du démantèlement est le marquage des pièces. Ce marquage est défini par les normes ISO 11469 et ISO 1043-1 à 1043-4.

Le marquage peut :

  • Permettre d’identifier et trier rapidement une pièce suivant le type de plastique utilisé.
  • Contenir un nombre non négligeable d’informations comme les retardateurs de flammes utilisés, les charges ou tout autre type d’additifs.
  • S’adapter aux pièces composées de plusieurs matières plastiques.

Pour être efficace, le marquage doit pouvoir rester lisible sur toute la durée de vie de la pièce qui le porte, c’est pour cela qu’il est conseillé que le marquage ait lieu au moment du moulage de la pièce, ou par gravure. Les étiquettes sont notamment à proscrire pour la contamination qu’elles peuvent engendrer lors du recyclage. De même la peinture peut être sujette à l’effacement.

Les normes ne définissent pas d’emplacement spécifique pour le marquage des pièces plastiques. Néanmoins, pour être pertinent, il convient que celui-ci puisse être visible à tout moment du cycle de vie du produit et notamment durant les phases de fabrication, de réparation ou de fin de vie du produit. Il est donc possible de réaliser plusieurs marquages à différents endroits. Cela ne doit néanmoins pas compromettre des considérations relatives à l’esthétique du produit.

Choisir des matériaux avec des propriétés physiques qui permettent de les séparer :

Concernant le choix des matières plastiques, afin de permettre la séparation par tri densimétrique des différents polymères, il convient que les polymères utilisés aient des densités différentes d’au moins 0.15 g/cm3.

Tableau 2 : densité de différents polymères
De plus, les matériaux laminés sont à éviter du fait de la difficulté de séparation des matériaux employés. Enfin, il convient que dans les cas où les matériaux ne peuvent pas être séparés, ceux-ci soient compatibles pour le recyclage (cf. fiche Conception des pièces en matières plastiques).

Utiliser les traitements de surface à bon escient :

Concernant les métaux, les règles de conception pour le démantèlement consistent à éviter le recours aux revêtements de surface, notamment lorsque ceux-ci réduisent la recyclabilité des matériaux (diminution des performances du matériau recyclé, cf. tableau 3). De plus, les alliages vont amener des éléments d’apports dans les matériaux recyclés qui peuvent être indésirables : il convient donc d’en limiter le recours (ex : traitements de surface sélectifs).

Métal considéréContaminants lors du recyclage
AcierCuivre, étain, zinc, plomb, aluminium
AluminiumFonte, acier, chrome, zinc, plomb, cuivre, magnésium
ZincFonte, acier, plomb, étain, cadmium

Tableau 3 : Exemples de contaminants pour le recyclage des métaux

Conception des composants et structure du produit

Le second axe pour la conception en vue du démantèlement concerne la structure du produit. Les règles relatives à la structure d’un produit sont :

– Créer une structure hiérarchique.

– Penser à avoir une conception modulaire.

– Regrouper les pièces d’usure pour assurer leur remplacement simultané.

– Réduire le nombre et le type d’opération nécessaires au démantèlement du produit (cf. § 3.3 choix et utilisation des moyens de fixations).

– Standardiser / Réduire le nombre de composants.

– Réduire le nombre de matériaux dans un assemblage.

– Diviser le produit en modules fonctionnels, et en sous-assemblages (interchangeable, réparable).

– Eviter de peindre les pièces plastiques (problèmes d’identification ou de contamination lors du recyclage).

– Eviter autant que possible l’utilisation de pièces en matériaux laminés.

Choix et utilisation des moyens de fixations

Enfin, le dernier axe de conception en vue du démantèlement concerne le choix et l’utilisation des moyens de fixations. Le choix des fixations intervient aussi bien dans l’aptitude d’un produit à être réparé (temps nécessaire et coût associé) que dans sa capacité à être démonté ou broyé en fin de vie (séparation et libération des différents matériaux).

Facteurs ayant un impact pour le démantèlementPistes d'amélioration
Le type et le nombre de fixations✔ Choisir des fixations faciles à désassembler
✔ Permettre l'accès aux éléments de liaisons
✔ Réduire le nombre de fixations
✔ Utiliser des fixations standards
✔ Préférer les liaisons de type clipsées
✔ Réduire le nombre et le type de fixations dans un assemblage
✔ Dans le cas où des fixations métalliques sont utilisées, préférer des métaux ferromagnétiques afin de permettre un tri magnétique lors du démantèlement (attention toutefois à la corrosion qui pourrait rendre un démontage difficile)
La visibilité des éléments de fixation✔ Faciliter l'accès aux fixations (ex: trous débouchant)
✔ Marquer les liaisons non visibles
✔ Eviter l'utilisation de liaisons cachées
Les conditions d'assemblage✔ Permettre un démontage automatisé
✔ Favoriser l'utilisation d'outils standards
✔ Utiliser des matériaux à mémoire de forme permet un désassemblage actif (ex: en fonction de la température)
✔ Ne pas perturber les opérations de désassemblage par la présence de fluide ou de gaz

Quels que soit les moyens de fixations utilisés, les pièces à désassembler doivent avoir les caractéristiques suivantes :

  • Bonne accessibilité,
  • Faible volume,
  • Faible poids,
  • Peu fragiles,
  • Non dangereuses.

Les fixations doivent prendre en compte l’utilisation finale des pièces afin de choisir les plus adéquates possible :

  • Réutilisation/réemploi,
  • Remise à neuf,
  • Recycage matière,
  • Incinération.
Le tableau suivant compare différents types de fixations au regard de leur comportement vis-à-vis de la recyclabilité, du désassemblage, de la précision de la liaison ou de la capacité de chargement :

Tableau 4 : aptitude de plusieurs types de liaisons selon différents critères (recyclabilité, désassemblage, jonction, chargement) – Source VDI 2243

The next table shows liberation behavior after a shredding operation some connection types:

Table 5: Characteristics of connection types related to their specific degree and non-randomness of liberation behaviour after a shredding operation (continuing from Van Schaik and Reuter, 2007) with examples for different connection complexities, properties of connected materials, homo/heterogeneity of connection, etc (Van Schaik and Reuter, 2012)

Synthèse des règles de conception pour le démantèlement

Le schéma ci-dessous permet de lister différents points permettant d’évaluer la difficulté de désassemblage d’un produit (Etude : Jesse Miller) :

La conception pour le démantèlement consiste principalement à intégrer dès la conception les problématiques de la fin de vie du produit afin d’adapter les produits aux limites techniques et économiques des filières de démantèlement quelles qu’elles soient. En synthèse les principales règles à retenir sont les suivantes :

– Utiliser des matériaux recyclables/compatibles (voire recyclés, et éviter les matériaux prohibés par des réglementations).

– Rationaliser le nombre de matériaux utilisés.

– Employer des matériaux avec des caractéristiques permettant de les séparer aisément lors du recyclage.

– Réduire le nombre de composants en intégrant un maximum de fonctions dans un même composant.

– Réduire le nombre de fixations utilisées et les standardiser.

– Concevoir des composants séparables :

  • Choisir des matériaux avec des propriétés différentes (magnétique / non magnétique, lourd/léger) pour faciliter le tri,
  • Garder un écart de 0.15 g/cm3 entre la densité des polymères.

– Faciliter l’accès aux composants/fixations (si possible n’avoir qu’un seul plan d’accès pour accéder à l’ensemble des composants).

– Eviter la peinture (surtout les pièces plastiques) et les revêtements/traitements de surface.

Pour aller plus loin, des méthodes de conception telles que la méthode TRIZ permettent de résoudre les contradictions qui peuvent apparaitre lors de la conception. L’utilisation de la CAO peut également permettre d’anticiper des problèmes de démontage en simulant l’opération de manière virtuelle. Ces règles doivent cependant être considérées en tenant compte des autres spécifications fonctionnelles du produit.

Références

TRIZ applied to innovate in Design for Disassembly. (2005) – Daniel Justel et al.

Systematic integration of design for recycling into product design. (1995) A Kriwet, et al.

– Design for disassembly (2005) – Jesse Miller

Evaluation of disassemblability to enable design for disassembly in mass production. (2003) Desai, A., Mitak A.

VDI 2243 : Recycling-oriented product development – 2002 – Allemand/Anglais

– M.A. Reuter and A. van Schaik (2012): Opportunities and Limits of recycling – A Dynamic-Model-Based Analysis, MRS Bulletin, 37(4), pp. 339-347Anglais

– Schaik, A. van and Reuter, M.A. (2012). Shredding, sorting and recovery of metals from WEEE – Linking design to resource efficiency. Dans : Waste electrical and electronic equipment (WEEE) handbook.Anglais

– M.A. Reuter and A. van Schaik (2012). Opportunities and Limits of WEEE Recycling – Recommendations to Product Design from a Recyclers Perspective. In: Proceedings of Electronics Goes Green 2012+, 9-12 September 2012, Berlin, Germany. In press. 8 p. – Anglais

F.A.Q

Mis à jour le novembre 27, 2016

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