lignes de desassemblages
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L I G N E S D E D É S A S S E M B L A G E S
RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE
Matthieu BOURDREL
Ecole des Mines de Saint Etienne
Master Génie Industriel
] Matthieu BOURDREL
TABLE DES MATIÈRES
Introduction........................................................................................................................................................... 3
Pourquoi desassembler?.................................................................................................................................. 4
Deux types de recyclage............................................................................................................................... 4
Différents types de valorisation pour un produit.............................................................................6
Classification des desassemblages.......................................................................................................... 7
Concevoir le système de désassemblage...................................................................................................9
Les différences entre assemblage et desassemblage......................................................................9
Les diférentes etapes du desassemblage................................................................................................11
Elaboration des gammes...........................................................................................................................11
la planification............................................................................................................................................... 11
L’ordonnancement....................................................................................................................................... 12
Définition.................................................................................................................................................... 12
Type de probleme................................................................................................................................... 13
Le pilotage........................................................................................................................................................ 14
Les algorithmes.................................................................................................................................................. 17
Conception des gammes............................................................................................................................17
Approche de Torres................................................................................................................................17
Ordonnancement et equilibrage des lignes......................................................................................18
Approche de Duta (Algorithmes génétiques).............................................................................18
Approche de Galantucci........................................................................................................................19
Approche de Reveliotis.........................................................................................................................19
approche de duta (algorithme kangourou).................................................................................20
Conclusion............................................................................................................................................................ 21
Références............................................................................................................................................................ 22
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] Matthieu BOURDREL
INTRODUCTION
La première question que l’on peut se poser lorsque l’on lit le sujet « Les lignes
de désassemblages » est : « Est-ce réellement différent d’une ligne d’assemblage ? A cette
question, une réponse argumentée est nécessaire. On verra donc au cours de ce
document, que les similarités sont importantes mais les spécifications relatives aux
seules lignes d’assemblages ne permettraient pas de décrire complètement le problème
des lignes de désassemblages, comme le prouvent le grand nombre de publications
dédiées à ce sujet propre.
Revenons un peu sur les raisons qui poussent à désassembler. Les normes
environnementales se durcissent ces dernières années. En Allemagne des normes
imposent même le recyclage ou la réutilisation des produits: le fait de désassembler,
c’est ce que Reveliotis appelle la logistique inverse (reverse logistics). Il s’agit d’une
étape devenue nécessaire dans la vie d’un produit si bien que le DFD a fait son
apparition (Design for Disassembly). D’après Venkat Allada, ce procédé est le fait de
créer des objets afin qu’ils puissent facilement être démonté pour être recyclés,
réutilisés ou refabriqués.
Pour faire un inventaire global des différentes techniques au cœur de la
conception des lignes de désassemblages : on verra d’abord le pourquoi du
désassemblage en plus de détail, puis on s’intéressera à la conception du système de
désassemblage, ensuite on cherchera à comprendre les différentes étapes qui le
régissent avant de parler de quelques solutions existantes et de conclure.
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POURQUOI DESASSEMBLER?
DEUX TYPES DE RECYCLAGE
Le design intelligent (intelligent design) est une notion relativement récente qui
permet entre autres de répondre à des exigences nouvelles du marché. En effet, elle
permet de créer des produits qui respectent l’environnement et doit s’arranger pour que
les produits techniques respectent les règlementations sur les décharges. En d’autre
termes, le design intelligent doit rendre plus facile le recyclage et quoi de mieux pour
recycler, qu’un produit qui peut être désassemblé dans le but que certaines de ses pièces
puissent être récupérer.
On distingue deux types de recyclage :
- Le recyclage noble qui permet la récupération et la réutilisation des
composants du produit usagé
- Le recyclage brut qui lui est destructif : on récupère les matières
premières en démolissant le produit
Ces deux types de recyclage peuvent être mis en œuvre sur une même ligne de
désassemblage : on parlera de recyclage partiellement destructif. La problématique de la
destruction partielle est très importante dans l’élaboration des lignes de désassemblage
(comme on le verra plus loin).
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] Matthieu BOURDREL
Désassemblage : à l’intersection du recyclage et de la réutilisation
Ainsi, le produit peut maintenant avoir un cycle de vie plus long car la
récupération de composants en plus du recyclage des matières première permet de
traiter plus efficacement des parties de produits qui ne seraient autrement pas
recyclable.
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Fabrication des
composants
Assemblage
TransportMaintenance
Utilisation
Recyclage et/ou
Réutilisation
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Cycle de vie d’un produit
DIFFÉRENTS TYPES DE VALORISATION POUR UN PRODUIT
Il y a différentes façon de valoriser un produit lorsqu’il est usager :
- La valorisation de ses différents composants : celle-ci est au cœur de la
démarche de réutilisation. On tiendra surtout compte du fait que si les
sous-ensembles constituant le produit sont hors d’usage, il faut
considérer les deux autres types de valorisation
- La valorisation des matériaux : celle-ci permet le recyclage des
différents matériaux constituant le produit. Les problématiques de
contamination des matériaux sont alors à prendre en compte : si deux
métaux ont été en contact, alors l’un a contaminé l’autre et il devient
plus difficile à recycler et perd donc de la valeur.
- La valorisation énergétique : c’est l’alternative à la mise en décharge, il
s’agit de comptabiliser l’énergie produite lors de l’incinération du
produit (attention ici aux substances non combustibles).
Cette problématique de la valorisation des composants est très importante pour
les entreprises qui veulent démonter partie ou tout de certains produits : en effet, le
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Energétique
matériaux
Valorisation
composants
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désassemblage n’est jamais effectué que s’il rapporte à une entreprise : il n’y a pas de
désassemblage « gratuit ». Chacune de ces options sont donc considérée lorsqu’un
produit arrive en fin de vie.
CLASSIFICATION DES DESASSEMBLAGES
D’après Touzanne, il existe plusieurs types de classification du désassemblage
[Touzanne, 2002] : ils sont répertoriés dans la figure qui suit :
Les différentes classification du désassemblage selon Touzanne
Ce qui suit est une explication des différents types de désassemblages :
- Sélectif : vise à obtenir des sous-ensembles fonctionnels
- Ciblé : cherche à récupérer un ou plusieurs composants, le reste sera
valoriser d’une autre façon
- Partiel destructif/Total destructif : pour récupérer les composants, on
peut détruire certaines partie du produit (souvent dans le but de
gagner du temps). Il va sans dire que ces différentes opérations sont
considérées dans le cadre de la valorisation des produits : la
destruction ne sera effectuée que si elle coute moins que le démontage.
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Désassemblage
Sélectif/ Ciblé
Partiel Destructif/ Total destructif
Linéaire/ ParallèleAutomatique/ Non automatique
Monotone/ Non monotone
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- Linéaire : un seul constituant final est désassemblé à la fois
- Parallèle : plusieurs composants sont désassemblés à la fois
- Automatique ou non : certaines chaines de désassemblages (comme les
chaînes d’assemblage) peuvent être automatisées.
- Monotone ou non : un démontage est monotone si il faut démonter
tous le produit pour avoir accès à un composant. Au contraire, il sera
non monotone si une simple modification du produit permet le
démontage du composant : par exemple, sur une voiture, l’ouverture
simple du capot permet le démontage du filtre à air.
On notera que d’après Torres et al., la clef d’un recyclage automatique est un
désassemblage non destructif.
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CONCEVOIR LE SYSTÈME DE DÉSASSEMBLAGE
Pour mieux comprendre les points suivants, il faut d’abord brièvement décrire les
étapes qui régissent globalement une ligne :
- Le choix d’une gamme
- L’affectation des tâches aux différents postes (équilibrage de la ligne)
- Le séquencement des produits à traiter
Cette vision est certes très simpliste, elle sera donc complétée par la suite. Le
schéma qui suit reprend cette vision des différents niveaux.
LES DIFFÉRENCES ENTRE ASSEMBLAGE ET DESASSEMBLAGE
Par bien des côtés, un système de désassemblage ressemble à un système
d’assemblage. Le DLBP (Dissassembly Line Balancing Problem) est donc relativement
similaire à l’ALBP (Assembly Line Balancing Problem) mais certaines spécifications
rendent le problème des lignes de désassemblages.
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o Le désassemblage est généralement partiel ce qui influe sur
la profondeur de désassemblage et l’assemblage est bien
entendu toujours total
o L’état des composants n’est pas toujours égal, ce qui fait que
pour un même type de produit, il peut y avoir plusieurs
gammes de désassemblages et ces gammes doivent donc
varier : cela complexifie les gammes et l’équilibrage et
augmente le nombre de combinaison possibles.
o De même, les opérations sont parfois destructives ce qui
impose un grand nombre d’aléas lors du démontage du
produit. Il y a certes un grand nombre d’aléas dans une
chaine de montage mais ce nombre augmente grandement
dans une chaine de démontage.
o Il est également possible que le désassemblage se révèle
impossible.
o D’après Kopacek, le désassemblage n’est pas rentable s’il
n’est effectué que pour un unique produit. Il faudra donc
toujours considérer plusieurs produits.
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LES DIFÉRENTES ETAPES DU DESASSEMBLAGE
Les différentes opérations réalisées lors du désassemblage sont issues d’un plan
de fabrication. Il faut donc d’abord élaborer ce plan de fabrication, les gammes des
produits. Ensuite, il faut prendre en compte la planification, et la mettre en lien avec les
deux étapes suivantes, à savoir l’ordonnancement et le pilotage du système (qui revient
assez souvent au problème d’équilibrage des lignes).
ELABORATION DES GAMMES
La plupart des articles traitant du désassemblage font état de problèmes quant à
la gestion des gammes de désassemblages.
En effet, le grand nombre d’aléas présent en désassemblage impose parfois de
créer au fur et à mesure des gammes différentes pour les mêmes types de produit. On
comprend alors bien mieux pourquoi il est important que tout se passe en temps réel en
désassemblage, les aléas sont trop abondants pour procéder autrement.
LA PLANIFICATION
La planification est une étape d’importance dans la gestion du désassemblage. Il
s’agit d’un processus qui a lieu dans tous les types de ligne, que ce soit les lignes
d’assemblage ou de désassemblage.
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Planification
Elaboration des gammes
Planification
Ordonnancement
Pilotage
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Une entreprise a des objectifs stratégiques qu’elle vise à atteindre. De surcroit
elle édite des Plan Directeur de Production tous les 6 mois ou 1 an par exemple. La
planification a lieu le plus souvent toutes les semaines (on travaille à court ou moyen
terme) et elle vise à réaliser les commandes que l’entreprise reçoit tout en atteignant les
objectifs qu’elle vise.
Il s’agit de planifier les priorités (quels produits ?) et les capacités (quelles
ressources ?). Cette planification doit être réalisable : elle doit donc prendre en compte
les problématiques d’ordonnancement. En somme, on affecte sommairement les
produits aux ressources et on vérifie que cela est faisable dans l’horizon considéré.
L’ORDONNANCEMENT
DÉFINITION
Commençons par définir ce qu’est l’ordonnancement :
L'ordonnancement consiste à organiser dans le temps la réalisation d'un ensemble de tâches, compte tenu de contraintes temporelles et de contraintes portant sur l'utilisation et la disponibilité des ressources requises par les tâches. Un ordonnancement décrit l'ordre d'exécution des tâches et l'allocation des ressources au cours du temps afin de satisfaire un ou plusieurs critères d'optimisation [Lopez, 2001].
L’ordonnancement consiste donc en l’affectation des tâches aux ressources
disponibles, il assure le flux des produits dans l’entreprise.
Il y a deux approches possibles de l’ordonnancement :
o L’ordonnancement statique (ou hors ligne) : dans ce cas, on
prépare un ordonnancement et on s’y tient. C'est-à-dire que
s’il y a un aléa qui apparait dans n’importe quelle étape, on
ne modifie pas l’ordonnancement, on décale juste d’autant
toutes les opérations.
o L’ordonnancement dynamique (ou en ligne) : dans ce cas, on
crée un ordonnancement mais à la fin de chaque étape, le
retour des données dans le système engendre un
réordonnancement.
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La deuxième approche, celle de l’ordonnancement en ligne, parait au premier
abord nettement plus adapté à des lignes où il y a beaucoup d’aléas. Et on verra bien vite
qu’elle est très adaptée aux lignes de désassemblages.
Les algorithmes d’ordonnancement cherchent généralement à optimiser le coût
ou les délais (dans certains cas que l’on n’abordera pas ici, on peut aussi chercher à
optimiser la qualité) tout en tenant compte d’un certain nombre de contraintes
relativement classique que l’on retrouve le plus souvent dans les lignes d’assemblages.
Dans le cas du désassemblage cependant, il faut également considérer le type de produit
et son état qui ajoute des contraintes non négligeables dans l’exécution des algorithmes
voulant optimiser le désassemblage.
TYPE DE PROBLEME
La plupart des problèmes d’ordonnancement font partie des trois catégories
suivantes :
o Flow-shop : « Un atelier à cheminement unique est un atelier
où le processus d’élaboration de produits est dit « linéaire »,
c'est-à-dire lorsque les étapes de transformation sont
identiques pour tous les produits fabriqués »
Flow-shop
o Job-shop : « Les ateliers à cheminements multiples (ACM) sont
des unités manufacturières traitant une variété de produits
individuels dont la production requiert divers types de
machines dans des séquences variées. »
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Job-shop
o Open-shop : le cheminement des opérations est ici multiple,
mais il n’y a pas de gammes.
Dans le cas du désassemblage, le problème considéré est un flow-shop hybride :
c’est-à dire qu’on a un problème de flow-shop où certains postes peuvent être doublés.
D’après Gungor, cette approche permet de modéliser au mieux le processus de
désassemblage.
LE PILOTAGE
L’ordonnancement n’est en fait qu’un système d’aide à la décision, dans le sens où
il peut ne pas être pris en compte. Il faut passer dans le système de gestion pour que
l’ordonnancement soit effectivement pris en compte. : C’est ce qu’on appelle le pilotage.
Une des fonctions principales du système de pilotage est l’équilibrage des tâches sur les
postes : on appelle cela l’équilibrage des lignes.
Dans le cas des lignes de désassemblages, le nombre de postes peut varier pour
un même type de produit, cela implique que l’équilibrage des lignes doit se faire en
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temps réel [DUTA, 2008]. Le désassemblage impose donc des contraintes
supplémentaires par rapport à une ligne d’assemblage classique.
La définition de l’équilibrage d’une ligne de désassemblage est la suivante :
« L'équilibrage d'une ligne de désassemblage consiste à affecter n tâches de désassemblage
d'un produit aux m postes de travail de façon optimale du point de vue du temps de travail
et sans violer les relations de précédences entre les tâches. »
Cette définition est reprise de la définition sur l’équilibrage d’une ligne
d’assemblage. Mais dans le cas du désassemblage, comme il l’a été dit précédemment, le
nombre de tâches peut varier d’un produit à l’autre ce qui ne rend pas la tâche plus
facile.
L’équilibrage d’une ligne de désassemblage passe par les étapes classiques des
chaines de montages. On calcule les temps pris par chaque opération, on en déduit le
temps de cycle (le maximum des temps par tâche) puis on calcule le temps d’inactivité.
Enfin, le but est de minimiser le nombre de stations en regroupant les différentes tâches.
Pour cela, on va utiliser un ordonnancement en ligne (dynamique), car, comme on l’a vu
précédemment, le nombre d’aléas en désassemblage est nettement plus important : il
faut sans cesse refaire les gammes, l’ordonnancement et l’équilibrage en fonction de
l’état du produit.
Le schéma qui suit présente comment Nof et Chen envisagent la planification et
l’ordonnancement, en l’accordant avec le pilotage de l’entreprise. Eux aussi, voient
l’ordonnancement comme une étape dynamique et la multitude de contrôles présents
dans leur système en est un témoignage.
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] Matthieu BOURDREL
Planification et Ordonnancement intégrés
Dans la partie qui suit, on va présenter l’approche de différents auteurs pour
résoudre ce problème du désassemblage.
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C2
C1
C3
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LES ALGORITHMES
CONCEPTION DES GAMMES
Pour pouvoir désassembler un produit, il faut créer une gamme de
désassemblage, il y a donc une analyse du produit nécessaire pour pouvoir le
désassembler.
APPROCHE DE TORRES
Torres et al ont choisi d’utiliser une représentation du produit basée sur la façon
dont ils ont été fabriqués. Il ne considère pas que le produit puisse être détruit pendant
le désassemblage. Il part d’un principe simple et intuitif : on va démonter les différentes
parties du produit dans l’ordre inverse où elles ont été montées.
La méthode de Torres est de construire un graphe avec deux types de liaisons :
o Un trait signifie que les éléments sont assemblés ensemble
o Un ovale autour des nœuds signifie que l’ensemble des
nœuds forme un sous composant
Ainsi sur la figure qui suit :
Sur cette figure, il faut comprendre que c2 et c3 sont d’abord assemblés
ensembles et qu’ils forment un sous composant, ensuite on leur rajoute c1 et cela
complète le produit.
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] Matthieu BOURDREL
Les différentes relations de précédences que définit ce type d’approche permet
ensuite d’appliquer un algorithme qui permet de créer automatiquement la gamme de
désassemblage du produit. Ainsi, selon ce que l’on cherche à récupérer et selon l’état du
produit, il est très vite possible par cette méthode de déterminer les gammes de
désassemblages et donc de définir toutes les tâches à effectuer, à ordonnancer et à
équilibrer sur la ligne.
ORDONNANCEMENT ET EQUILIBRAGE DES LIGNES
Nombre d’étude ont été faites sur le sujet de l’équilibrage des lignes de
désassemblages. J’ai ici arbitrairement choisi d’en présenter quelques unes.
APPROCHE DE DUTA (ALGORITHMES GÉNÉTIQUES)
Celle-ci a beaucoup étudié les lignes de désassemblages.
La première façon qu’elle a présentée de résoudre le problème utilise les
algorithmes génétiques : le problème des chaines de désassemblages, étant NP-complet,
l’emploi d’algorithmes génétiques permet d’approcher la solution optimale de façon
intéressante.
On commence par définir chaque membre de la population comme un
chromosome et on donne des solutions au hasard en combinant ces chromosomes. Puis
on met en route notre algorithme et à chaque itération, par croisement et mutation, on
crée d’autres solutions jusqu’à ce qu’une solution remplisse les critères demandés.
En fait, à chaque itération, on va choisir un certains nombres des solutions
évaluées en fonction de leur robustesse, et on créera les nouvelles solutions (par
croisement et mutation) à partir de celle-ci.
Cette solution est relativement rapide et permet d’obtenir des résultats
cohérents. De surcroit, en pratique, un algorithme rapide sera toujours préféré à une
méthode longue surtout dans le cadre d’une évolution dynamique, comme on peut s’y
attendre avec une ligne de désassemblage.
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] Matthieu BOURDREL
APPROCHE DE GALANTUCCI
Galantucci et al ont intégré aux algorithmes génétiques de la logique floue (fuzzy
logic). Cette logique, au contraire de la logique booléenne, permet à une proposition
d’être autre chose que vraie ou faux. Ce qui permet par conséquent de définir d’autres
opérateurs génétiques lors de la création des solutions, d’autres critères d’arrêt etc.… On
se base sur autre logique, cela permet donc d’obtenir des résultats d’une autre façon.
Dans le diagramme qui suit, on a repris le principe de l’algorithme génétique en
l’adaptant à la logique floue. On note les trois fonctions d’évaluation, le contrôle flou de
la validité des solutions et les étapes de mutation et de croisement.
Il est à noter que les résultats de cet algorithme ne se sont révélés intéressants
que dans le cas où l’on a une grande variété de produits à ordonnancer.
APPROCHE DE REVELIOTIS
Le modèle qu’à proposer Reveliotis pourrait être appelé Désassemblage étendu. Il
utilise les réseaux de Pétri pour implémenter un algorithme qui est capable
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] Matthieu BOURDREL
d’apprentissage. En somme l’algorithme peut stocker ses expériences pour s’adapter aux
situations futures.
Ces algorithmes sont de types RL (Reinforcement Learning) : l’algorithme
apprend à faire les bonnes décisions en observant son propre comportement et utilise
ses mécanismes internes pour améliorer ses actions avec un mécanisme de
renforcement.
APPROCHE DE DUTA (ALGORITHME KANGOUROU)
Le problème auquel on s’attaque ici, est le contrôle en temps réel d’une ligne de
désassemblage. La ligne est multi-produit (on a vu que dans le cas contraire, elle ne peut
être rentable [KOPACEK].
L’algorithme présenté ici est un algorithme Kangourou qui a déjà été utilisé dans
le problème des lignes d’assemblage par Minzu. Il s’agit d’un algorithme stochastique.
Le principe de cet algorithme est de définir un espace de solution et un voisinage.
On commence par chercher une solution au hasard. Puis on cherche à trouver la solution
optimale dans le voisinage et on boucle. Et on procède à autant d’itération que
nécessaire pour obtenir la solution.
On pourrait prolonger l’utilisation de cet algorithme Kangourou en utilisant la
méthode Tabou ou encore la méthode du recuit simulé qui utilise le même principe
d’espace de solutions dans lequel on cherche les solutions.
Les conclusions de Luminita Duta et ses collègues sur l’usage de cet algorithme
sont les suivantes :
o Les processus de désassemblages sont sujets à beaucoup
d’aléas et de perturbations, il faut donc des algorithmes au
temps d’exécution rapide pour déterminer la gamme
optimale de désassemblage
o L’algorithme Kangourou n’optimise pas ici l’équilibrage de la
ligne mais donne une solution qui l’améliore à chaque fois
o Ce genre d’algorithme diminue le nombre de données et
améliore le temps de calcul, ce qui est important dans un
problème de désassemblage
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] Matthieu BOURDREL
CONCLUSION
Les lignes de désassemblages posent donc par conséquent un problème bien plus
important que les lignes d’assemblages, surtout à cause du nombre bien plus important
d’aléas qui interviennent dans ce problème : deux produits du même type qui arrivent
en début de chaîne ont eu un parcours différents, et sont donc dans un état différent. Ce
sont ces aléas qui rendent la gestion statique du problème inadaptée : ce problème doit
se régler de façon dynamique. Ainsi les gammes de désassemblages, l’ordonnancement
et le pilotage de la ligne doivent s’adapter en temps réel. Cela implique l’utilisation
d’algorithmes rapides et efficaces.
Les auteurs n’ont cependant pas tout de suite pris en compte ces aléas, on avait
donc au début des études sur ce sujet des articles ne prenant pas en compte la véritable
spécificité du problème du désassemblage.
Mais, on l’a vu également, si ce problème est très complexe, il est important d’en
trouver des solutions car les normes environnementales sont de plus en plus
contraignantes et imposent donc de trouver des solutions efficaces et le moins couteuses
possibles, de créer les produits en vu de leur désassemblage futur.
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] Matthieu BOURDREL
RÉFÉRENCES
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] Matthieu BOURDREL
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