Production planning for industrial symbiosis - Mines Saint-Étienne Access content directly
Theses Year : 2021

Production planning for industrial symbiosis

Planification de la production pour la symbiose industrielle

Abstract

Under the pressure of global warming and depletion of Earth natural resources, the increasing willingness to produce sustainable goods determines us to stop thinking linearly and to shift towards a circular approach by closing material loops. Consistent with these global trends, the industrial symbiosis seeks to generate sustainable advantages by binding traditionally separate industrial processes into a joint production approach, involving physical exchange of by-products or other collateral resources. This thesis introduces new production planning problems raised within industrial symbiosis networks, namely: (i) at the production unit level: a single-item lot-sizing problem with inventory capacities, which integrates the management of by-products, and (ii) network-wide: a two-level lot-sizing problem, which aims to align lot-sizing decisions of two actors: one supplier of by-products and its receiver. The complexity of the studied problems is analyzed and efficient algorithms based on dynamic programming and Lagrangian decomposition are proposed. To support the framing of symbiotic partnerships within an industrial symbiosis network, we investigate several collaboration policies for different levels of information sharing: (i) centralized and decentralized collaboration policies based on mixed-integer linear programming, for full and none information sharing, (ii) a game-theoretic collaboration policy for asymmetric information sharing, and (iii) a contractual-based collaboration policy obtained via a negotiation-based scheme managed by a blinded mediator, for symmetric feedback sharing. Through extensive numerical experiments, the proposed collaboration policies are discussed according to three dimensions: the satisfaction of actors, environmental implications and economic benefits.
Motivés par l’accumulation des déchets et la raréfaction des ressources naturelles, les modèles de production industrielle évoluent pour favoriser le développement d’une économie circulaire. Dans ce sens, la symbiose industrielle, vise à valoriser les déchets via un procédé industriel impliquant les échanges physiques de by-products ou d’autres ressources collatérales liants plusieurs processus de production. Cette thèse introduit des nouveaux problèmes de planification de la production posés par les symbioses industrielles: (i) au niveau d’une unité de production : un problème de lot-sizing avec des capacités de stockage, et (ii) à l’échelle d’un réseau : un problème de lot-sizing à deux niveaux, qui vise à coordonner les décisions de lot-sizing d’un fournisseur et d’un receveur de by-products. La complexité de ces problèmes est analysée et des algorithmes efficaces basés sur la programmation dynamique et la décomposition Lagrangienne sont proposés. Pour cadrer les partenariats symbiotiques, nous étudions plusieurs politiques de collaboration (PC) pour différents niveaux de partage d’information : (i) des PCs centralisées et décentralisées basées sur la programmation linéaire mixte, pour un partage d’information complet et nul, (ii) une PC basée sur la théorie des jeux pour un partage d’information asymétrique, et (iii) une PC basée sur des contrats obtenue par un schéma de négociation piloté par un médiateur impartial, pour un retour d’information symétrique. Au travers d’expérimentations numériques, les politiques de collaboration proposées sont discutées selon trois dimensions : la satisfaction des acteurs, les implications environnementales et les gains économiques.
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Dates and versions

tel-03367718 , version 1 (06-10-2021)
tel-03367718 , version 2 (08-12-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03367718 , version 1

Cite

Élodie Suzanne. Production planning for industrial symbiosis. Operations Research [math.OC]. Université de Lyon, 2021. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03367718v1⟩
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