Désassemblage de batteries de véhicules électriques : un modèle pour concilier productivité et ergonomie des travailleurs

Alix, Emma (2026). Désassemblage de batteries de véhicules électriques : un modèle pour concilier productivité et ergonomie des travailleurs. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La transition énergétique dans le secteur des transports a conduit à une adoption croissante des véhicules hybrides et électriques, générant en contrepartie un défi majeur de gestion des batteries lithium-ion en fin de vie. Le recyclage de ce composant constitue une réponse incontournable à cet enjeu, mais sa viabilité économique demeure fragile, notamment en raison des coûts élevés et des risques associés à l'étape préliminaire de désassemblage. Parallèlement, ce désassemblage, réalisé majoritairement manuellement, expose les travailleurs à des contraintes ergonomiques significatives qui restent peu documentées dans la littérature scientifique.

Ce mémoire apporte deux contributions principales. La première est l’élaboration d’un modèle probabiliste d'estimation du temps de désassemblage manuel, pouvant être mis en œuvre dès la phase de conception d'un produit, intégrant les difficultés de désassemblage et l’état variable des composants en fin de vie. Ce modèle repose sur un facteur de correction probabiliste généré par simulation de Monte Carlo à partir d'une distribution paramétrée à partir de tables empiriques d'assemblage de (Boothroyd, Dewhurst, & Knight, 1994). Cette méthode produit un intervalle de temps plutôt qu'une valeur déterministe unique. La seconde contribution réside dans l'articulation originale entre cet intervalle temporel et trois méthodes d'évaluation posturale. Les outils RULA, KIM-MHO et OCRA, permettant de quantifier les risques ergonomiques associés aux tâches de désassemblage de retrait du bloc batterie en tenant compte de la variabilité des conditions opérationnelles.

La méthodologie mobilise une étude de cas multiples portant sur cinq véhicules hybrides et électriques (Tesla Model 3, Nissan Leaf, Ford Escape, Mitsubishi Outlander et Mitsubishi Outlander en version « charge rapide ») pour les tâches de retrait du bloc batterie. Un temps de référence de désassemblage est calculé à partir des tables d’assemblage ou de temps prédéterminés, puis corrigé par un facteur probabiliste. Le modèle est validé par une analyse vidéographique chronométrée. L'analyse ergonomique est conduite à l'aide d'un mannequin humain numérique sous CATIA V5 pour deux profils anthropométriques de la population canadienne (5e centile féminin et 95e centile masculin).

Les résultats de la simulation révèlent un écart d'un facteur d'environ quatre entre les temps médians de désassemblage des véhicules les plus rapides et les plus longs de l'échantillon, soulignant l'influence déterminante des choix de conception sur la productivité du désassemblage. Concernant l'ergonomie, les trois méthodes convergent vers un diagnostic de risque élevé de troubles musculosquelettiques pour l'ensemble des véhicules étudiés qui exigent une posture de travail au-dessus du cœur. Ces résultats confirment que la productivité et la santé des travailleurs constituent deux dimensions indissociables de la viabilisation du désassemblage et soutiennent une intégration de critères de démontabilité et d'ergonomie dès la phase de conception des batteries de véhicules électriques.

Titre traduit

Disassembly of electric vehicle batteries : a model for balancing productivity and worker ergonomics

Résumé traduit

The energy transition in the transportation sector has led to the growing adoption of hybrid and electric vehicles, which in turn has created a major challenge in managing end-of-life lithium-ion batteries. Recycling this component is an essential response to this challenge, but its economic viability remains fragile, particularly due to the high costs and risks associated with the preliminary disassembly stage. At the same time, this disassembly, which is performed mostly manually, exposes workers to significant ergonomic stresses that remain poorly documented in the scientific literature.

This thesis makes two main contributions. The first is the development of a probabilistic model for estimating manual disassembly time, applicable as early as the product design phase, which incorporates disassembly difficulties and the variable condition of end-of-life components. This model is based on a probabilistic correction factor generated by Monte Carlo simulation using a distribution parameterized from empirical assembly tables (Boothroyd, Dewhurst, & Knight, 1994). This method produces a time interval rather than a single deterministic value. The second contribution lies in the original integration of this time interval with three postural assessment methods. The RULA, KIM-MHO, and OCRA tools enable the quantification of ergonomic risks associated with battery pack removal tasks, considering the variability of operational conditions.

The methodology employs a multiple-case study involving five hybrid and electric vehicles (Tesla Model 3, Nissan Leaf, Ford Escape, Mitsubishi Outlander, and Mitsubishi Outlander “fast charge” version) for battery pack removal tasks. A reference disassembly time is calculated from assembly tables or predetermined times, then adjusted by a probabilistic factor. The model is validated through a timed video analysis. The ergonomic analysis is conducted using a digital human model in CATIA V5 for two anthropometric profiles of the Canadian population (5th percentile female and 95th percentile male).

The simulation results reveal a factor of approximately four between the median disassembly times of the fastest and slowest vehicles in the sample, highlighting the decisive influence of design choices on disassembly productivity. Regarding ergonomics, the three methods converge on a diagnosis of high risk of musculoskeletal disorders for all vehicles studied that require a working posture above the heart. These results confirm that worker productivity and health are two inseparable dimensions of sustainable disassembly and support the integration of disassembly and ergonomic criteria as early as the design phase of electric vehicle batteries.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire par article présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 157-176).
Mots-clés libres:	batterie lithium-ion, désassemblage, véhicule électrique, estimation du temps, simulation de Monte Carlo, ergonomie, troubles musculosquelettiques, économie circulaire
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur(-trice) Tahan, Souheil-Antoine
Codirecteur:	Codirecteur(-trice) de mémoire/thèse Nadeau, Sylvie Kenné, Jean-Pierre
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	16 juill. 2026 21:46
Dernière modification:	24 juill. 2026 14:14
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/4007

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