La Fig.2.1 présente la structure logique des étapes de ce projet de recherche. Les sources de données se trouvent à gauche, les étapes d’analyse se trouvent au centre, et les communications les plus pertinentes découlant du projet se trouvent à droite.
La Fig.2.1 montre qu’après les étapes du pré-doctorat (non illustré), le cas d’étude comme tel a débuté par la familiarisation avec les outils logiciels rendus disponibles par le LENI. La version préliminaire du modèle, plutôt rudimentaire surtout au niveau de l’évaluation des coûts d’investissement, est décrite aux sections 3.1.4 et 3.4 de cette thèse. Ce modèle répond quand même aux objectifs 1, 2, 4 et 5 identifiés dans la section 0.2, c’est-à-dire qu’il permet d’établir une courbe Pareto pour différents taux de capture de CO2, avec et sans ACV, et avec différentes émissions de méthane chez les producteurs de gaz naturel. Ces résultats préliminaires ont été présentés à la conférence ECOS2008 (Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems).
La version définitive du modèle, décrite aux sections 3.1.5 et 3.5 de cette thèse, répond aux mêmes objectifs, mais avec un degré de détails et de confiance supplémentaires. Cette confiance vient en partie de la possibilité d’utiliser un fichier exemple fourni par le soutien technique d’Aspentech, ce qui était impossible auparavant pour des raisons administratives. Toutefois, la principale différence se situe au niveau du modèle des coûts, suffisamment détaillé pour permettre la comparaison de centrales thermiques avec et sans capture de CO2. L’article subséquent (chapitre 4) contient les résultats de cette comparaison. Pour la suite, les résultats sont réutilisés sans ré-exécuter le modèle.
La possibilité d’utiliser un combustible biogénique comme le gaz naturel synthétique (SNG) a été ajoutée en deux étapes. La première permet de varier la taille du procédé de gazéification et de méthanisation de bois mais ne permet pas d’y capturer le CO2, au contraire du modèle définitif utilisé pour le deuxième article (chapitre 5). L’ajout du SNG permet, entre autres, de voir comment interagit l’optimisation simultanée de la conception de deux procédés, l’un alimentant l’autre, répondant ainsi aux objectifs 3, 6 et 7 identifiés plus tôt.
L’analyse reliée aux autres catégories d’impacts environnementaux et leur éco-coût a été ajoutée en tout dernier et intégrée au dernier article (chapitre 6). Cela répond aux objectifs 8 et 9. Cette analyse davantage théorique ne dépend aucunement d’un modèle de simulation. Elle s’appuie plutôt sur les résultats déjà publiés à ce moment.
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2.1 Structure de la thèse
Comme mentionné à la fin de l’introduction (section 0.2), les articles (chapitres 4 à 6) ne présentent pas suffisamment les détails des simulations informatiques pour en préserver la reproductibilité. Le corps de cette thèse met donc l’emphase sur cet aspect, particulièrement dans le chapitre 3, afin de combler cette lacune. Les sujets plutôt tangentiels sont relégués aux annexes.
Le chapitre 3 présente la méthodologie, les détails de la configuration logicielle, les détails des calculs utilisés ainsi que des éléments de discussion non spécifiques aux résultats, par exemple sur la convergence. La configuration concerne les versions 2004.1 et 2006.5 d’ASPEN Plus. Les résultats présentés à ECOS2008, réalisés avec la version antérieure, sont présentés dans ce chapitre à titre d’exemple d’exécution.
Les trois articles soumis avec cette thèse sont intégrés aux chapitres 4, 5 et 6. Ils présentent les résultats et conclusions techniques, économiques et environnementales respectivement. Le résumé de ces articles est intégré au résumé de cette thèse, au début de celle-ci, de même que dans l’abstract de chaque article, ce qui évitera de les répéter ici. Les trois articles ont été entièrement rédigés par l’auteur et les deux premiers ont été publiés dans la revue Energy alors que le dernier a été soumis à International Journal of LCA. Le premier fait partie d’un numéro spécial consacré à ECOS2008 et est déjà publié. Le deuxième a été accepté tout juste avant de déposer cette thèse. Le troisième a été soumis en même temps que le dépôt initial de cette thèse. Le chapitre 7 présente la discussion générale, divisée en trois parties concernant les procédés de capture de CO2, l’utilisation de l’ACV dans un contexte d’optimisation d’un procédé, et la méthodologie de l’ACV en général. Ce chapitre est suivi d’une conclusion générale.
L’annexe 1 présente une courte réflexion philosophique sur le sujet des problèmes épistémolo- giques du choix environnemental et se veut un complément à l’introduction de cette thèse, en plus d’un soutien à la discussion générale (section 7.3.2 en particulier).
L’annexe 2 présente la liste des communications d’importance réalisées au cours de ce projet. L’annexe 3 présente l’article soumis à ECOS2008. Celui-ci contient quelques résultats uniques et donne une bonne idée de l’avancement des travaux à cette étape intermédiaire.
2.2 Justification de la structure de la thèse
Bien que chaque article découle de simulations différentes, repose sur des équations différentes et correspond à une discussion de nature différente, il y a une continuité évidente entre ceux-ci vu qu’ils présentent le même modèle à divers degrés de raffinement et répondent aux mêmes objectifs généraux de la recherche. En regroupant les conclusions techniques dans un seul article, les conclusions économiques dans un seul article et les conclusions environnementales dans un seul article, la structure de chaque article est allégée comparativement à une présentation entremêlée. Toutefois, cela n’empêche pas les articles réunis de former un tout cohérent par rapport aux objectifs.
Ainsi, les résultats complémentaires suivent chaque article selon la même organisation, c’est-à- dire qu’ils sont ajoutés à la fin du chapitre 4, 5 ou 6 selon qu’ils sont de nature technique, économique ou environnementale.
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