Simplifié, consolidé et adapté aux équipements électriques de moyenne tension
4.5. OUTIL SIMPLIFIE D’AIDE A L’ECO-CONCEPTION DES PRODUITS DE MOYENNE TENSION
4.5.4. Etape 2: Simplification de l’évaluation environnementale
4.5.4.2. Etape 2.2 : Proposition d’indicateurs environnementaux pour le management de l’éco-conception
Il existe une multitude d’indicateurs environnementaux quantitatifs et qualitatifs, normalisés ou pas. L’objectif de notre étude n’est pas de créer de nouveaux indicateurs mais d’adapter des indicateurs existants à notre application. Il s’agit de mettre l’accent sur les paramètres environnementaux importants. Afin de sélectionner nos indicateurs, nous nous basons sur les évaluations environnementales de nos produits. Dans le tableau suivant nous montrons les impacts les plus importants associés à nos produits pour les deux phases de fabrication et de fin de vie. Nous avons dissocié les problématiques environnementales liées aux matériaux utilisés, aux procédés de fabrication et de fin de vie ou à l’architecture du produit.
Tableau 11. Problématiques environnementales des phases de fabrication et de fin de vie
La synthèse de ces problématiques nous a permis de choisir une série d’indicateurs environnementaux qui nous permettent d’évaluer les performances environnementales de nos produits. Le tableau suivant présente notre sélection d’indicateurs environnementaux et leurs modes de calcul. Nous avons intégré les données relatives à la fin de vie dans le calcul des indicateurs afin d’avoir un indicateur unique sur l’ensemble des 2 phases de fabrication et de fin de vie.
Indicateur Mode de calcul unité
Consommation énergétique
Energie consommée par l’extraction et la transformation de la matière première + Énergie consommée par la fabrication + Énergie consommée par le broyage, recyclage +/- Énergie dissipée ou récupérée par l'incinération
MJ
Consommation de l’eau
Eau consommée par l’extraction et la transformation de la matière première + (Eau consommée par la fabrication + Eau consommée par le recyclage) * coefficient de disponibilité «si la localisation géographique des sites de fabrication et de recyclage est connue sinon coef = 1»
dm3
Ressources naturelles minérales
coef de disponibilité x (Matériau utilisé par la fabrication + déchets de fabrication - % de recyclabilité x Matériaux utilisés par la fabrication)
• Les matériaux déplacés pendant l’extraction ne sont pas comptabilisés •Les ressources utilisées pour le raffinage et le traitement des minerais sont
considérées
kg
Effet de serre Émissions dans l'air des gaz à effet de serre des opérations d'extraction et de transformation des matériaux + émissions dues à la consommation électrique par la fabrication + émissions dues à la consommation électrique par la fin de vie+ émissions dues au broyage, au recyclage (CO2, CFC, SF6) et à l’incinération
L’effet de serre du à la conso électrique doit être adapté au pays où se trouvent les sites de fabrication et de gestion de fin de vie
g éq CO2
Toxicité Air + eau + sol
Matières + additifs + substances émis pendant la fabrication et la fin de vie
un coefficient unique de toxicité humaine (éq 1,4 D-B) de CML 2000
L’unité éq Ni est plus compréhensible donc il serait intéressant de ramener l’indicateur CML en éq Ni (confère MEEUP methodology)
éq Ni
Désassemblage Degrés de facilité du désassemblage
5 degrés de difficultés de désassemblage
Note absolue ou une échelle de 0 à 5
Tableau 12. Mode de calcul des indicateurs environnementaux
Matériaux Procédés Architecture du
produit Phase de fabrication Phase de fin de vie Toxicité, épuisement des ressources, effet de serre, déchets, recyclabilité, valorisation énergétique Consommation électrique, consommation de l’eau, effet de serre, toxicité, déchets, Difficultés de désassemblage une récupération plus difficile des matériaux en fin de vie
Dans la suite de ce paragraphe nous décrivons l’importance et le détail de chacun des indicateurs d’éco-conception sélectionnés.
Consommation énergétique
Force est de constater que tous les produits et que toutes les phases du cycle de vie sont consommateurs d’énergie. Cela implique une forte implication de ce paramètre dans l’impact global du produit. Ensuite, dans le contexte actuel, l’énergie présente un enjeu géopolitique très important à cause de :
Un coût en forte croissance,
L’épuisement des combustibles fossiles et radioactifs,
La dépendance de la situation géopolitique : guerres, conflits, catastrophes, La problématique du réchauffement de la terre associée aux gaz à effet de serre directement issus de la production de l’énergie.
Par ailleurs, AREVA est leader dans le domaine de la production et de l’acheminement de l’énergie donc son image de marque est fortement liée à cette problématique environnementale.
La figure suivante présente les sources de consommation d’énergie durant les différentes étapes de fabrication et de fin de vie :
Figure 48. Sources de consommation d’énergie pendant les phases de fabrication et de fin de vie Phase d’extraction des matériaux Fabrication Démontage Montage Broyage Récupération des gaz/huiles Recyclage Traitement des polluants F a br ic a tion Fin de Vie
Usinage + Fonderie + Moulage + Injection + Frittage + Dégraissage + Traitement de surface + peinture + …
Soudure + Vissage + Brasure + Surmoulage + Rivetage +…
Dévissage + Découpage + Dérivetage + Désenclipsage + … Selon dimension et nature du broyeur : métaux ferreux, non
ferreux, à marteaux, à cisailles, … Récupération du SF6 Récupération des huiles d’isolation
selon quantité et qualité Très faible impact énergétique
Tous les cycles de recyclage métaux et polymères
Incinération Energie consommée ou récupérée
Energie consommée pour toutes les opérations d’extraction et de raffinage
La phase d’extraction et de raffinage des matériaux est prise en compte : cette
phase est très variable et les données utilisées dépendent largement de la localisation géographique et du type de la ressource.
Pour les minerais : de la densité du minerai dans le gisement, de la localisation géographique de la mine : distance par rapport aux ports et type de ressources utilisées dans la production de l’énergie, des polluants associés aux minerais, Pour le pétrole et le gaz : de la profondeur du gisement, de la nature de
l’hydrocarbure (degrés de maturité), de la situation géographique : inshore, offshore, des ressources utilisées pour le forage et la production, du degré de raffinage.
Il apparaît que l’énergie nécessaire pour l’extraction et le raffinage est généralement supérieure à l’énergie consommée par la fabrication et la fin de vie !!!
La phase de fabrication dépend des procédés utilisés. Les procédés les plus
énergivores : Fonderie,
Injection des thermoplastiques, des élastomères, Cuisson,
Déformation à chaud.
La phase de fin de vie dépend essentiellement de la stratégie de démontage et de
la nature des matériaux :
Le démontage manuel ou assisté est peu énergivore,
Le démantèlement, broyage est plus énergivore selon les matériaux et les dimensions.
Le recyclage des matières est souvent moins énergivore que la production de la matière première (en moyenne 30%). Pour prendre en considération la consommation énergétique des procédés de fin de vie, nous avons calculé :
l’équivalent énergétique au broyage de chaque type de produit
la contribution des différents procédés de régénération de la matière (essentiellement les métaux : aciers, cuivre, aluminium, zinc, les thermoplastiques : PBT, PC, ABS,…et les élastomères : silicone)
la contribution des procédés de récupération et de traitement des produits spécifiques (SF6, huiles d’isolation).
La consommation énergétique due à l’incinération (+/-) : essentiellement les polymères.
un équivalent énergétique pour le transport des produits spécifiques en fin de vie (SF6, huiles, parafoudres,) : produits récupérés dans des sites spécialisés.
Les énergies secondaires produites à partir de l’énergie électrique (mécanique, thermique) ne seront pas considérées.
Phase d’extraction des matériaux Fabrication Démontage Montage Broyage Récupération des gaz/huiles Recyclage Traitement des polluants F a br ic a tion Fin de Vie
Opérations de nettoyage, de traitement de surface, pour la fabrication des céramiques,
Nettoyage de pièces
Nettoyage de pièces
Pas de consommation particulière
Pas de consommation particulière
Nettoyage de pièces
Procédés de nettoyage et de recyclage
Incinération Pas de consommation particulière Opérations d’extraction et de raffinage
Consommation de l’eau :
L’eau est la première ressource vitale et la plus importante au monde. Nous ne pouvons parler de pénurie de l’eau sur terre mais il existe une forte disparité entre différentes zones géographiques. Les ressources hydriques constituent un enjeu géopolitique majeur et l’optimisation de leur exploitation se trouve au cœur la politique des Nations Unies. Nous pensons qu’il est dès lors très important d’ajouter un coefficient de disponibilité de cette ressource selon le pays où se fait la consommation. Au contraire des ACV classiques, nous insistons sur l’intégration des paramètres spatiotemporels dans l’évaluation environnementale.
Par ailleurs, il apparaît clairement que l’industrie ne peut pas se passer de l’eau qu’elle utilisé d’une manière très permanente. Toutefois, il est important de noter que l’industrie électrotechnique n’est pas une importante consommatrice d’eau. Une grande partie de l’eau est consommée dans la phase d’extraction et de traitement de la matière première, dans le traitement et le nettoyage des surfaces métalliques et le recyclage des matériaux en fin de vie. La figure 49 présente les sources de consommation d’eau durant les différentes étapes de fabrication et de fin de vie :
Figure 49. Sources de consommation de l’eau pendant les phases de fabrication et de fin de vie
La phase d’extraction et de raffinage des matériaux sera prise en compte. La consommation des ressources hydriques dépend de la nature des matériaux. Elle intervient essentiellement dans la phase de raffinage. Il n’est pas possible d’ajouter un coefficient d’impact par rapport à la localisation géographique des gisements et des sites de raffinage étant donné que nous ne maîtrisons pas les sources de matières.
La phase de fabrication
Les procédés utilisés dans la fabrication des équipements de moyenne tension ne sont pas très consommateurs d’eau. Les procédés les plus consommateurs d’eau sont :
Les traitements de surface, Le nettoyage.
La phase de fin de vie dépend essentiellement des cycles de recyclage des
matériaux et de la technique de nettoyage utilisée.
Effet de serre :
L’effet de serre provient des émissions des gaz à effet de serre dont le plus connu est le CO2. La première source d’effet de serre est la production énergétique : production de l’électricité, transport, production de l’énergie thermique, ... En effet, la combustion des carburants (fuel, charbon, …) engendre une quantité importante de gaz à effet de serre. Les gaz à effet de serre de nos produits proviennent essentiellement de la production de l’énergie nécessaire à la fabrication et à la gestion en fin de vie d’où l’importance de connaître la localisation des sites de fabrication et de valorisation.
Figure 50. Sources d’émissions de gaz à effet de serre pendant les phases de fabrication et de fin de vie
Phase d’extraction des matériaux Fabrication Démontage Montage Broyage Récupération des gaz/huiles Recyclage Traitement des polluants F a br ic a tion Fin de Vie
Emissions dans l’air de gaz à effet de serre : CO2, SF6
Fuite SF6 lors du montage
Consommation énergétique Consommation énergétique
Fuite SF6 lors du démontage et la récupération
Consommation énergétique
Consommation énergétique
Incinération Consommation énergétique et émissions e gaz à effet de serre
Plus spécifique au domaine électrique, l’effet de serre peut provenir des fuites du gaz SF6 utilisé dans l’isolation diélectrique. Ce gaz présente un potentiel d’effet de serre 23000 fois supérieur à celui du CO2 (base 100 ans).
Il est donc essentiel d’accorder la plus grande importance aux modes de remplissage et de récupération de ce gaz.
Les ressources naturelles minérales
Cet indicateur intègre toutes les ressources naturelles minérales qui ne sont pas recyclées. Nous prenons en compte les ressources matières utilisées dans l’extraction, le raffinage et la fabrication des matières premières, les additifs utilisés dans la fabrication et le recyclage. A la différence de l’indicateur normalisé, nous ajoutons ici la notion de recyclage et de disponibilité ou de rareté. Le recyclage est intégré à travers le potentiel de recyclabilité de la matière utilisée. Nous supposons que les matières recyclables sont régénérées en fin de vie (voir en annexe 4 notre méthodologie de gestion de fin de vie des appareillages de moyenne tension). Il est égalementpossible d’ajouter un coefficient relatif à la qualité de la matière recyclée. Cela est d’autant plus vrai pour les thermoplastiques qui perdent de leurs propriétés techniques après recyclage.
Toxicité
Nous considérons dans cet indicateur les substances toxiques émises dans toutes les étapes d’extraction, de raffinage, de fabrication et recyclage. Les émissions les plus toxiques sont détectées lors de la transformation des matériaux pendant la fabrication ou pendant le recyclage de certains matériaux. Les sources principales sont les traitements de surface, les peintures, les produits de nettoyage, certains additifs utilisés dans la fabrication des pièces plastiques, les graisses, les colles, etc.
Désassemblage
Dans la pratique certaines fractions de matière ne sont pas recyclées en raison de la difficulté à récupérer le produit. C’est pour cela que nous estimons qu’il est important d’intégrer deux autres paramètres à savoir : la compatibilité au recyclage et la difficulté de désassemblage. Ces deux notions sont en effet complémentaires et essentielles dans les choix de démontage en fin de vie. Nous avons donc créé un nouvel indicateur que nous avons appelé « désassemblage » qui permet d’évaluer le niveau de difficulté lors du démontage en fin de vie. Cet indicateur n’est pas directement un indicateur environnemental. Il sert surtout à porter l’attention du concepteur sur les problématiques de désassemblage et de séparation des matières en fin de vie. De plus, cela peut avoir une influence sur la quantité et la qualité des matériaux récupérés. Le calcul de cet indicateur nécessite l’élaboration d’un algorithme spécifique qui intègre les règles de séparation des matériaux en fin de vie (voir annexe 4). L’idée est d’assister le concepteur dans ses choix en vue d’un futur désassemblage. Des règles de démontage seront intégrées à l’outil d’évaluation automatique.
Cet outil proposera un mode de désassemblage approprié qui pourra être remplacé par l’utilisateur par la suite. Exemples de règles de démontage par catégorie standard de produit :
Appareil à isolation dans le SF6 : récupération + traitement SF6 avant démontage,
Appareil à coupure dans le SF6 : récupération + dépollution SF6,
Appareil à isolation dans l’huile : récupération + dépollution huile avant démontage,
Ampoule à vide : broyage ,, Bielle isolante : broyage, Traversée : broyage
Commande mécanique : désarmement + broyage,
Pôle complet : désassemblage du bâti + démontage accessoires (sous- ensembles sauf inserts) + broyage pôle simple,
Connexions : désassemblage,
Assemblage ampoule/bielle : désassemblage, Assemblage bielle/commande : désassemblage, Pièce surmoulée : broyage,
Pièces visées : désassemblage manuel, …
Nous proposons deux systèmes de calcul de cet indicateur :
Un système simplifié : l’utilisateur estime le degré de difficulté lié au désassemblage du produit,
Un système élaboré : l’outil calcule automatiquement le niveau de difficulté du désassemblage. La valeur attribuée à cet indicateur correspond à la moyenne des étapes de désassemblage = degré de difficulté de désassemblage/le nombre d’assemblages.
Nous nous sommes basés sur la norme allemande VDI2243 pour l’affectation des niveaux de difficulté de désassemblage. Voir tableau suivant :
Situation Niveau Justification
Les sous-ensembles sont fabriqués dans la même matière que les fixations.
1 Pas besoin de désassemblage. Tout peut être recyclé comme une seule pièce. Meilleure situation Les fixations et les sous-ensembles sont
fabriqués dans des matières compatibles pour le recyclage
1 Pas besoin de désassemblage. Le tout peut être recyclé comme une seule pièce.
Les fixations et les sous-ensembles sont fabriqués dans des matières
incompatibles pour le recyclage mais faciles à désassembler
1, 2 Les sous-ensembles peuvent être séparés manuellement.
Les fixations et les sous-ensembles sont fabriqués dans des matières
incompatibles pour le recyclage mais possibles à désassembler en exerçant une force
3, 4, 5 Les sous-ensembles peuvent être séparés manuellement ou
mécaniquement si les propriétés mécaniques des matériaux le permettent.
Les fixations sont fabriquées en métal ferreux et les pièces attachées sont en matériaux compatibles ou en plastique
1, 2 ,3 Les liaisons peuvent être cassées manuellement ou par broyage suivi par une séparation magnétique. Le choix dépend du temps nécessaire à l’opération. Les plastiques
peuvent être recyclés en mélange. Les fixations ne sont pas démontables
mais fabriquées en métal ferreux et les sous-ensembles sont en plastiques compatibles
3 Les liaisons peuvent être cassées par broyage suivi par une
séparation magnétique. Les
plastiques peuvent être recyclés en mélange.
Les fixations ne sont pas démontables mais fabriquées en métal ferreux et les sous-ensembles sont en plastiques incompatibles
3, 4, 5 Les liaisons peuvent être cassées par broyage suivi par une
séparation magnétique. Les plastiques sont séparés par densité (si possible). Ils peuvent être recyclés en mélange.
Les fixations et les sous-ensembles ne sont pas compatibles. Les fixations ne sont pas récupérables.
4, 5 Pas de séparation possible. Contamination possible en cas de broyage. Quelques solutions de séparation chimique sont envisageables.
Les matériaux des sous-ensembles sont compatibles entre eux mais pas avec ceux des fixations. Toutefois, le poids des liaisons est trop faible pour contaminer le recyclage des pièces.
1 Tout peut être recyclé comme une seule pièce. A vérifier le taux de contamination accepté.
Niveau 1: désassemblage manuel facile, Niveau 2 : désassemblage manuel avec effort
Le composant peut contenir un revêtement ou un adhésif compatible
Niveau 3 : Désassemblage mécanique ou broyage (procédé conventionnel) Le composant peut contenir un revêtement ou un adhésif incompatible
Niveau 4 : Désassemblage mécanique ou broyage (procédé spécifique ou à développer)
Le composant peut contenir un revêtement ou un adhésif incompatible Niveau 5 : Désassemblage impossible
pas de technologie existante coût trop important.