Objectifs de l’évaluation

Dans cette partie, nous nous proposons d’évaluer l’outil de modélisation et d’évaluation des trajectoires que nous avons décrit dans la partie théorique (Chapitre 6). Le but de cette étude est donc de pouvoir valider la méthodologie avec l’outil. Le but de l’outil est de permettre une modélisation d’un système comportant différentes entités inter-reliées et gérées indépendamment, d’estimer les flux circulants dans ces connexions et enfin d’utiliser des méthodes pour analyser ou évaluer cette application. L’objectif de l’étude se résume en plusieurs points :

— 1re_Partie

— Capacité de l’outil à créer des classes de processus (pouvant être de différents niveaux), ce qui implique : — De pouvoir décrire des structures

— De définir le nombre d’entrées et de sorties — De définir des paramètres propres à chaque classe — De pouvoir ajouter des fonctions dédiées

— De définir des règles régissant le comportement des flux de la structure

— Pouvoir générer des entités modélisant des processus ou groupes de processus à partir des classes définies — De pouvoir personnaliser chaque entité en ayant la possibilité de :

— Modifier les règles de gestion — Modifier les paramètres

— De relier ces entités formant ainsi un réseau où circulent les flux — 2e_Partie

— D’estimer la valeur de ces flux, c’est-à-dire leurs compositions tant au niveau des éléments que de leur quantité

— 3e_Partie

— D’analyser ou d’évaluer certains outils du système, les greffons, et plus particulièrement : — Le module d’évaluation économique d’une simulation et d’un projet

— Le greffon qui permet l’analyse environnementale d’un groupe de processus en se basant sur l’EcoCost — Le calcul des emplois directs, indirects et induits générés par l’activité

D’un point de vue plus technique, il s’agira de s’assurer du bon fonctionnement des points suivants : — De la génération de classe grâce à la méta-classe

— De la génération du modèle représentant le système sous forme de contraintes sur les flux et plus précisé- ment :

— Le remplacement des contraintes de chaque entité par une forme unique au niveau du système — De la prise en compte des variables et des fonctions définies sur chaque entité

— Du bon fonctionnement du parser permettant l’utilisation de solveurs indépendants

7.2.2

Méthodologie

Pour ce faire, nous nous proposons de réaliser un cas d’étude académique6_{. Le but de l’étude étant de montrer} la capacité de modélisation puis d’évaluation de l’ensemble du système proposé, les valeurs qui sont utilisées ne reflètent pas forcément la réalité, cependant, elles permettent néanmoins de modéliser un système et de réaliser les différents tests afin de vérifier les différents objectifs de l’étude. Nous proposons de réaliser cette étude en modélisant une trajectoire de valorisation de pneus usés.

7.2.2.1 Contexte du modèle

Cette trajectoire est décrite sur les figures Fig.7.1et Fig.7.2. Dans ces schémas, on peut distinguer la chaîne de production et les autres éléments de la trajectoire.

La Chaîne de production : Le modèle proposé contient une chaîne de production transformant des pneus usés en cinq objets valorisables qui peuvent être réutilisés comme matériaux :

— De la gomme de pneu de 25 mm : Gomme 1 — De la gomme de pneu de 1 à 2 mm : Gomme 2 — De la poudrette : Gomme 3

— De l’acier : Fer — De la fibre : Fibre

Cette chaîne de production est décomposée en plusieurs éléments où l’on distingue trois types d’entités : — Les entités de transformation GP1, GP2, GP3, GP41, GP42, Classification qui ont pour vocation

de modifier les flux de matière entrants et, par conséquent, ces structures représentent des ensembles d’opérations unitaires (NB : il aurait été possible de descendre au niveau de l’opération unitaire, cependant, cela n’aurait pas apporté plus de valeur à l’étude mais aurait considérablement alourdi la modélisation. — Un élément d’entrée qui symbolise l’entrée de l’usine et qui a pour vocation de recevoir les pneus usés

Entrée 1

— des éléments de sortie, limites de l’usine d’où partent les éléments valorisés et qui « payent » les transpor- teurs pour les acheminer jusqu’aux acheteurs

Les autres éléments : Cette chaîne de production est alimentée en matière première par une source nommée SourcePneus représentant un dépôt de pneus usés (après collecte). Cette source alimente l’usine avec un débit moyen. Dans ce modèle, un transporteur Transporteur1 transporte les pneus usés de la source jusqu’à l’entrée de l’usine. Une entité nommée Fabricants de pneus modélisant les fabricants de pneus neufs se chargent de payer le transporteur ainsi que l’usine de traitement et c’est l’entité Entrée 1 qui assure la réception. De plus, pour chaque produit en sortie il y a un acheteur spécifique : Acheteursfer, AcheteursFibre, Acheteurs- Gomme1, AcheteursGomme2, AcheteursGomme3. Chaque acheteur réceptionne le produit acheminé par un transporteur depuis une des sorties. Pour les flux financiers, la sortie de l’usine paye le transporteur et l’ache- teur paye la sortie.

En plus de ces entités, trois autres éléments ont été créés : Energie_electrique, Ressources_naturelles, Environnement. Ce sont trois cas particuliers qui permettent de compléter la modélisation en symbolisant des unités fictives. Le but est de permettre de créer des liens particuliers. Ainsi Energie_electrique représente le fournisseur d’énergie électrique. Chaque entité consommant de l’électricité sera reliée à cette structure qui lui fournira l’énergie dont elle a besoin et qui en retour devra payer sa consommation. Ressources_naturelles permet de modéliser les besoins en ressources naturelles des différents procédés, et ainsi, de pouvoir prendre en compte certain phénomène comme l’épuisement des ressources ou simplement de prendre en compte leur consom- mation. Enfin, l’entité Environnement symbolise le milieu extérieur. Les émissions dans l’environnement issues des procédés pourront par la suite être prises en compte pour la mesure de l’impact environnemental.

Paramètres et règles de modélisation pris en compte : Afin de modéliser l’ensemble du procédé, certains paramètres ont été fixés. Ces paramètres sont pour la plupart issus de documents trouvés sur le procédé en question, d’autres ont été calculés lors de la partie modélisation. Cependant, certains d’entre eux ont été estimés.

7.2.2.2 Réalisation du modèle en vue de la simulation

Composants et unités des flux La première étape de la modélisation vise à définir les composés qui vont circuler dans les différents flux ainsi que de fixer les unités utilisées. Le principal intérêt de ceci est de s’assurer de la cohérence du modèle. Ainsi, les différents éléments ont été définis dans le tableau Tab.7.3.

Nombre et modèle de classe d’opérations utilisés : Comme expliqué dans la partie théorique, il est nécessaire de créer des classes d’opérations d’où pourront être générées différentes opérations elles-mêmes mo- difiables. Par conséquent, il est intéressant lors de la modélisation d’un processus de créer des classes à partir desquelles l’ensemble des opérations pourra être rapidement modélisé. Ces classes, comme nous allons le voir, regroupent les entités selon leurs fonctions. Ainsi on retrouve dans notre modélisation les 9 classes suivantes :

— La classe transport, modélisant les éléments de mêmes noms et qui a pour fonction, en plus d’être un connecteur matière (nous avons pris l’hypothèse que toutes marchandises entant chez un transporteur en ressort), permet le calcul des coûts ainsi que la quantité de diesel nécessaire et les émissions liées

7.2. ÉVALUATION DE L’OUTIL DE MODÉLISATION ET D’ÉVALUATION DES

TRAJECTOIRES

Fabricants pneus Transport 1 Transport 2 Entrée usine Sortie usine 5 GP1 GP2 GP3 GP4-1 GP4-2 GP4-3 Classi
cation Acheteurs Fer Acheteurs Fibre Source pneus usés Transport 4 Transport 3 Système usine Acheteurs Gomme3 Transport 6 Transport 5 Acheteurs Gomme2 Acheteurs Gomme1 Sortie usine 3 Sortie usine 1 Environnement Energie électrique Ressources naturelles Sortie usine 2 Sortie usine 4 Légende : Flux matière Flux de capitaux Autres flux

Figure 7.1– Chaîne de production - flux matières et financiers

Fabricants pneus Transport 1 Transport 2 Entrée usine Sortie usine 5 GP1 GP2 GP3 GP4-1 GP4-2 GP4-3 Classi
cation Acheteurs Fer Acheteurs Fibre Source pneus usés Transport 4 Transport 3 Système usine Acheteurs Gomme3 Transport 6 Transport 5 Acheteurs Gomme2 Acheteurs Gomme1 Sortie usine 3 Sortie usine 1 Environnement Energie électrique Ressources naturelles Sortie usine 2 Sortie usine 4 Légende : Flux matière Flux de capitaux Autres flux

Figure 7.2– Chaîne de production - flux ressources naturelles, énergétiques et émissions

— La classe process1-1, modélise les entités où s’effectuent des transformations matières avec une seule entrée et une seule sortie.

— La classe process1-3, modélise les entités où s’effectuent des transformations matières avec une seule entrée et trois sorties.

— La classe entreeSortie, permet la génération des entités symbolisant les entrées/sorties de l’usine. — La classe acheteur, modélise les acheteurs, avec comme principale fonction le fait de payer une sortie en

fonction de la quantité de produit qu’ils reçoivent.

Composant Unité Commentaire Électricité kWh Flux énergétique Diesel L Litre de diesel

Euro E Flux monétaires en Euros Fer kg Quantité de fer/acier Fibre kg Quantité de fibre

Gomme150 kg Gomme de pneu taille 150mm Gomme25 kg Gomme de pneu taille 25mm Gomme1 kg Gomme de pneu taille 2 à 4 mm Gomme2 kg Gomme de pneu taille 1 à 2 mm Gomme3 kg Gomme de pneu taille 0 à 1mm Pneu kg Pneus usés

N21 kWh Émissions liées à la production d’électricité

T18 km Émissions liées à l’utilisation moyenne d’un camion

Tableau 7.3– Composants des flux

seule fonction est la génération de flux.

— La classe source_multiportEM, classe particulière ayant entre autre 10 entrées économiques et dix sorties matières. Permet la représentation de ressources_naturelles.

— La classe source_multiportEE, classe particulière ayant entre autre 10 entrées économiques et dix sorties énergétiques. Permet la représentation de Energie_electrique.

— La classe source_multiportM, classe particulière ayant 10 entrées émissions. Permet la représentation de Environnement. Cette classe sert juste de point d’ancrage aux flux liés aux émissions de polluants.

Systèmes créés : Les systèmes sont des ensembles d’entités et permettent l’utilisation de Greffons dédiés à l’évaluation ou l’analyse des systèmes. Dans cette modélisation, deux systèmes ont été créés. Le premier est celui regroupant les différentes entités de l’usine, c’est-à-dire de l’entrée jusqu’aux sorties. Il constitue de ce fait le système principale de la modélisation. Le second regroupe toutes les entités à l’exception de la ressource_matière et de l’environnement. Le premier système permet l’analyse de la nouvelle structure proposée, à savoir l’implé- mentation d’une nouvelle industrie. Il sera par conséquent intéressant de l’utiliser lorsque l’on se focalise sur des données propres à l’activité. Le second système s’intéresse à l’ensemble de la trajectoire mise en place et permettra donc d’analyser l’impact de cette nouvelle activité.

Simulations créées : Comme nous l’avons vu, une simulation permet de définir le comportement du modèle de manière constante pendant une période donnée (l’unité de temps étant l’année). Néanmoins, pour la partie économique, il est nécessaire de modéliser une phase de création de l’activité où il n’y a aucune activité de production mais où il y a des coûts d’investissement. Ainsi, nous avons choisi de modéliser l’ensemble avec deux simulations. La première, d’une durée d’un an, simule l’investissement et plus particulièrement la création de l’activité. La seconde, d’une durée de trente ans, simule l’exploitation de cette dernière. Une production constante a été choisie et par conséquent une seule modification est nécessaire (investissement et production). De plus, on précise ici que la durée d’amortissement est fixée à quinze ans.

Choix du solveur de contraintes : Pour l’évaluation de ces simulations, nous avons choisi d’utiliser le solveur glpk : GNU Linear Programming Kit7_{. Ce solveur}8_{, permet la résolution de problème linéaire (LP)} et de programmation linéaire mixte par entier (MIP). Ce choix a été fait pour la raison suivante :

— Les flux matières générés peuvent être sous forme non entière

L’utilisation de solveur par contraintes, comme Minion9_{, qui est un solveur par contraintes sous licence GNU} GPLv4 rapide [99] et dédié à des problèmes contenant un grand nombre de contraintes, aurait pu être réalisée, cependant, il aurait fallu prendre en compte les fractions décimales dans les règles de modélisation ce qui alourdit la création du modèle. Il aurait néanmoins permis d’intégrer des équations non linéaires.

7. https://www.gnu.org/software/glpk/

8. Qui a l’avantage d’être un logiciel libre au sens de Free Software Fondationhttps://www.gnu.org/philosophy/free-sw.fr. html

7.2. ÉVALUATION DE L’OUTIL DE MODÉLISATION ET D’ÉVALUATION DES

TRAJECTOIRES

Nous observons ici que le choix du solveur impacte la modélisation. En effet, si le solveur utilisé ne permet de gérer que des entiers ou des valeurs discrètes, alors la modélisation du processus devra en prendre compte et permettre l’existence d’une solution répondant à ces contraintes. Ainsi, ici, le solveur Glpk ne nous permet d’inclure que des règles linéaires dans le modèle. Par conséquent, certaines contraintes ne peuvent pas être modélisées.

7.2.2.3 Commentaires sur les choix de modélisation et sur les alternatives possibles par le sys- tème

Nous remarquons ici qu’une importante part de la simulation se base sur la modélisation du procédé et surtout sur certains choix effectués. Ainsi, lors de cette phase, il est possible de représenter un procédé sous plusieurs configurations. Cependant, ces choix impactent par la suite les valeurs obtenues et, même si au niveau global les résultats sont identiques, les résultats aux niveaux des entités de transformation vont différer. Par exemple, dans cette simulation nous avons choisi d’affecter les émissions de production électrique à la source. Ceci est logique puisque l’on peut considérer que c’est bien elle qui génère les émissions associées à la production d’électricité. Néanmoins, nous allons montrer dans la partie résultat que ce choix ne permet pas de déterminer les entités les plus polluantes.

Dans le document Outils d'élaboration de stratégie de recyclage basée sur la gestion des connaissances : application au domaine du génie des procédés (Page 155-159)