Chapitre 3 Cas d’application pour la structuration de la méthodologie
3.1 Cas d’application du recyclage des câbles
3.1.3 Les résultats environnementaux obtenus
Les résultats de l’évaluation environnementale du procédé de traitement des câbles en aluminium ont fait l’objet de plusieurs publications (Grimaud, Perry, et Laratte, 2016 a, 2016 b et 2017) nous présentons dans cette partie seulement un condensé de ces résultats.
3.1.3.1
Profil de la comparaison environnementale du recyclage de l’aluminium
Dans cette section, nous nous intéressons à la comparaison des différents systèmes de production et de recyclage de l’aluminium, la caractérisation des trois systèmes est présentée sur la figure 3-10. Même si cette étude compare deux systèmes de modélisation différents, les trois modélisations utilisent les mêmes frontières afin de permettre la comparaison, comme nous l’avons présenté sur la figure 3-4. Pour faciliter la lecture des résultats présentés dans la suite de cette section, nous résumons dans le tableau 3-4 les principales données d’inventaire du cycle de vie des trois systèmes.Tableau 3-4 Résumé des principales données d’inventaire des trois systèmes comparés
Système 1 2 3a 3b Nom Aluminium primaire Aluminium secondaire Aluminium MTB, mix ENTSO-E Aluminium MTB, mix renouvelable Processus Extraction minière Affinage thermique Recyclage mécanique Recyclage mécanique Pureté aluminium 98,9 % 97 % 99,6 % 99,6 % Proportion déchets - 46,3 % 54 % 54 % Mix électrique - Nucléaire - Fossile - Renouvelable EAA 8,7 % 11,3 % 80 % ENTSO-E 28,1 % 48,3 % 23,6 % ENTSO-E 28,1 % 48,3 % 23,6 % EDF Équilibre 0 % 0 % 100 % Transport - Route - Rail - Fluvial 11 413 km 336 km 21 km 11 056 km 322 km 193 km 109 km 20 km ≈ 526 km 526 km 0 km 0 km ≈ 526 km 526 km 0 km 0 km
Comme décrit dans la littérature (Bertram et al., 2006 ; EAA, 2013), le système 1 est significativement plus impactant sur l’ensemble du jeu d’indicateurs, à l’exception de l’indicateur d’eutrophisation – eaux douces où le recyclage de l’aluminium (système 2) est en tête. L’étude des arbres de contribution des processus a permis d’identifier l’apport d’éléments d’alliages lors du recyclage, comme le principal contributeur sur l’indicateur d’eutrophisation – eaux douces. Les éléments d’alliage sont nécessaires pour répondre à la demande de nuances d’aluminium standards. Le cuivre est le principal élément d’alliage contribuant à l’impact sur l’eutrophisation des eaux douces.
En effet, la chaîne de production de cuivre nécessite des résidus sulfuriques (Norgate, Jahanshahi, et Rankin, 2007). Cette étape contribue à hauteur de 96,4 % sur cette catégorie d’impact. Le poids de la contribution ce processus dans l’évaluation de l’impact du cycle de vie semble reposer sur une erreur de modélisation de la base de données Ecoinvent 3.1. Par la suite, nous avons choisi de ne pas considérer cette catégorie d’impact pour l’analyse des résultats pour établir nos conclusions. Cette modélisation dans Ecoinvent a été corrigée dans la version 3.3 de la base de données.
L’aluminium secondaire (système 2) atteint en moyenne environ 10 % des impacts environnementaux de l’aluminium primaire (système 1). Ces résultats correspondent à l’évaluation déjà réalisée et répondent aux valeurs données par le Bureau International du Recyclage (BIR, 2010) pour les avantages du recyclage de l’aluminium. Dans son rapport, le BIR estime que les gains sur l’indicateur de demande en énergie pour le recyclage de l’aluminium sont de 94 % par rapport à la production d’aluminium primaire. Il convient de noter que l’utilisation d’un mix électrique à haute teneur en carbone (ENTSO-E) pour le recyclage tend à réduire les gains une fois traduits en catégories d’impact environnemental.
Figure 3-10 Résultats de la caractérisation environnementale des 3 systèmes de production de l’aluminium – Méthode personnalisée ILCD 2011 midpoint+ V1.05
La contribution de cette première évaluation environnementale vise à fournir des données environnementales pour la comparaison du recyclage mécanique des câbles en aluminium avec le recyclage par fusion des produits en aluminium. Sur l’ensemble des indicateurs, l’aluminium MTB (scénario 3b) représente entre 2,5 % et 5 % des impacts environnementaux du système 1. Toutefois, cette comparaison n’est pas la plus pertinente, le poids environnemental du système 1 amenuise le poids des deux autres systèmes. La différence entre les systèmes 2 et 3 n’apparaît pas clairement sur la représentation graphique de la figure 3-10. Nous proposons une nouvelle représentation sur la figure 3-11 afin de comparer plus précisément les deux filières de recyclage.
Figure 3-11 Résultats de la caractérisation des systèmes de recyclage de l’aluminium – Méthode personnalisée ILCD 2011 midpoint+ V1.05
Les impacts environnementaux du scénario 3a représentent entre 5 % et 82 % des impacts environnementaux du système 2, à l’exception de la catégorie d’impact des rayonnements ionisants. Les résultats concernant la catégorie d’impact des rayonnements ionisants pour le scénario 3a sont liés à la consommation élevée d’électricité au cours des étapes de déchiquetage. En utilisant l’ENTSO-E, qui contient une grande partie de l’énergie nucléaire (28,1 %), la consommation d’électricité représente 70 % de la catégorie d’impact des rayonnements ionisants. Et le transport contribue à 21 %. La forte consommation d’électricité d’origine nucléaire contribue largement à l’impact de l’appauvrissement de la couche d’ozone. En résumé, utiliser uniquement des étapes de séparation mécanique peut réduire de moitié l’impact environnemental du recyclage. Pour la comparaison de l’aluminium produit en utilisant le mix électrique spécifique, scénario 3b, le poids de l’impact environnemental ne dépasse pas celui du système 2. En outre, le poids de l’impact environnemental du scénario 3b représente entre 2 % et 46 % du recyclage par fusion sur l’ensemble des catégories d’impact. Grâce à la filière de recyclage chez MTB (scénario 3b), le poids de l’impact environnemental de l’aluminium recyclé est divisé par quatre sur l’ensemble des catégories d’impact.
Les résultats de la figure 3-11 nous permettent d’établir une hiérarchie environnementale entre les différentes filières de recyclage des câbles en aluminium. Quel que soit le mix électrique utilisé par l’usine de recyclage, le procédé de recyclage mécanique MTB est la voie la plus sobre. Cela démontre que le recyclage conduit sans perte de qualité est une alternative pertinente à l’exploitation minière. Ils montrent également la pertinence environnementale de l’approche de recyclage centrée sur le produit pour le recyclage des câbles. L’étude ACV a révélé que la filière de recyclage en boucle fermée (considérant les câbles en aluminium) avait un impact environnemental moindre par rapport aux autres filières de recyclage utilisant des
flux mixtes de déchets d’aluminium. Cette performance a déjà été démontrée pour les canettes d’aluminium (Lacarrière et al., 2015 ; Niero et Olsen, 2015).
3.1.3.2
Analyse d’incertitudes sur les scénarios de recyclage de l’aluminium
Une analyse d’incertitude a été conduite sur les trois systèmes, ainsi qu’une analyse d’incertitude comparative des systèmes de recyclage. Certaines valeurs des données du système 3 sont parfois basées sur des mesures empiriques et impliquant des hypothèses. Cette incertitude a été traitée durant l’agrégation des données du système 3, la matrice pedigree de Weidema (Weidema et Wesnæs, 1996) a été adapté au cas d’étude du scénario de recyclage de MTB. Cette modification doit nous permettre d’intégrer les biais intrinsèques à la comparaison d’un site industriel vis-à-vis d’une moyenne européenne (Leroy et Lasvaux, 2013). La distribution choisie est une distribution de type log-normale (Rebitzer et al., 2004).
Tableau 3-5 Présentation de la matrice pedigree adapté à la collecte des données du système de recyclage MTB
Score de
qualité 1 2 3 4 5 Fiabilité Données
vérifiées basées sur des mesures ou relevés sur le site de Trept
Données vérifiées partiellement basées sur des hypothèses
Données non vérifiées partiellement basées sur des hypothèses Estimation qualifiée (expert) Estimation non qualifiée Exhaustivité Données représentatives de la ligne aluminium MTB de Trept Données représentatives de l’ensemble des lignes MTB Données représentatives pour les lignes MTB, mais non issues des procédés MTB
Données représentatives pour les lignes MTB, mais sur des installations plus anciennes Représentativité inconnue ou données incomplètes provenant d’autres équipements Corrélation temporelle Moins de 1 an de différence avec l’année d’étude Moins de 2 ans de différence Moins de 5 ans de différence Moins de 10 ans de différence
Âge des données inconnu ou plus de 10 ans de différence. Corrélation géographique Données du site de Trept Données moyennes des sites français Données de la zone Europe Données d’une zone ayant des conditions similaires
Données d’une zone inconnue ou zone avec des conditions de production très différentes Corrélation technologique Données d’entreprises, de processus et de matériaux de l’étude Données de processus et matériaux de l’étude, mais de différentes entreprises Données de processus et matériaux, mais de différentes technologies Données sur processus ou matériaux relatifs, mais de technologies identiques Données sur processus ou matériaux relatifs, mais de technologies différentes Taille de l’échantillon Mesures en contenus sur le site >20 sur le site ou sur une autre installation MTB >10 sur une installation non MTB ≥3 sur site externe ou ≥2 sur le site de Trept Inconnu
À partir de ces scores de qualité, l’analyse d’incertitudes a été réalisée en utilisant l’approche de Monte-Carlo avec 10 000 itérations et un intervalle de confiance de 95 %. Avec le mix électrique spécifique, l’incertitude entre les systèmes 2 et 3b ne dépasse pas 5 % sur
l’ensemble des indicateurs, à l’exception des indicateurs de toxicité humaine (8 %) et d’épuisement des ressources en eau (45 %).
La figure 3-12 présente les résultats de l’analyse d’incertitude entre les systèmes 2 et 3a avec un mix électrique équivalent. L’incertitude dépasse 3 % pour trois indicateurs : l’appauvrissement de la couche d’ozone (11 %), la toxicité humaine, les effets non cancérogènes (9 %) et l’épuisement des ressources en eau (45 %). Les résultats de ces trois indicateurs ont fait l’objet d’investigations supplémentaires pour identifier les sources d’incertitudes. En particulier pour l’indicateur d’épuisement des ressources en eau, qui présente une forte incertitude.
Figure 3-12 Analyse d’incertitudes sur les systèmes 2 et 3a, mix électrique équivalent – Méthode personnalisée ILCD 2011 midpoint+ V1.05
Malgré ces quelques nuances, l’analyse d’incertitudes conduite démontre la robustesse de la modélisation du système 3 et nous permet de confirmer les conclusions de la caractérisation.
3.1.3.3
Profil de l’évaluation d’impact du système de recyclage MTB
Nous venons de le présenter, quel que soit le mix électrique utilisé par l’usine de recyclage, le procédé de recyclage mécanique MTB est le plus sobre. Dans cette section nous présentons les résultats de la caractérisation environnementale du système de recyclage mécanique MTB. La figure 3-13 montre les résultats pour la caractérisation du scénario 3b, c’est-à-dire l’aluminium recyclé dans l’usine MTB de Trept qui utilise de l’électricité verte.
Cette première caractérisation présente les résultats sans aucune optimisation. Les valeurs utilisées pour la représentation graphique sont données sur la figure. Sur l’ensemble des indicateurs, la contribution des étapes de recyclage MTB représente entre 11,4 % et
79,7 % de l’impact total. La moyenne sur les 11 indicateurs est égale à 36,1 % et la médiane à 33,0 % toujours pour les étapes de transformation conduites chez MTB. La part restante de l’impact est liée à la logistique amont, cette étape inclut le transport entre les lieux de massification et l’usine de recyclage située dans l’Isère. Les résultats montrent une très forte contribution du transport en amont pour la collecte des déchets à l’impact global du scénario 3b.
Figure 3-13 Caractérisation environnementale du scénario 3b, transport amont et mix électrique EDF Équilibre – Méthode personnalisée ILCD 2011 midpoint+ V1.05
L’étape de broyage est le processus qui contribue le plus à l’impact global du scénario 3b sur l’ensemble des catégories d’impact. Bien que cette étape consomme beaucoup d’énergie, l’utilisation de l’alimentation hydroélectrique en limite fortement l’impact. En effet, la consommation d’électricité contribue en moyenne à hauteur de 10 % de l’impact environnemental des étapes de broyage. La part restante correspond au poids environnemental des consommables des processus de broyage. La spécificité des alliages utilisés pour les lames et les grilles de criblage implique l’utilisation de nombreux éléments d’alliage qui pèsent lourdement sur l’impact environnemental. En particulier sur l’indicateur d’eutrophisation des eaux douces, comme expliqué pour le système 2 dans le paragraphe 3.1.3.1.
La catégorie d’impact d’épuisement des ressources en eau est singulière en ce sens que la production d’hydroélectricité a une très forte influence sur l’impact final de cette catégorie d’impact. Cette observation est due au facteur d’épuisement des ressources en eau utilisées pour la modélisation de second plan du processus de production hydroélectrique, dans la base de données Ecoinvent 3.1.
L’impact environnemental de la phase de séparation dans le système de recyclage MTB qui regroupe les étapes de tri mécanique est nettement inférieur à la phase de broyage. Les consommables de cette étape sont moins nombreux et les puissances mises en œuvre plus
faible. La consommation d’électricité est le principal contributeur au poids environnemental de cette phase. Les tables de séparation d’air comptent parmi les processus les plus consommateurs d’électricité au stade du tri mécanique.
La phase de séparation produit un flux de plastiques en mélange. Ce flux de plastiques est considéré comme un déchet, initialement enfoui dans des décharges. L’impact de ces déchets n’est pas négligeable, entre 5 et 10 % de l’impact final sur l’ensemble des catégories d’impact. Leur traitement a fait l’objet d’un projet de développement spécifique pour leur trouver une voie de valorisation.
Figure 3-14 Caractérisation du scénario 3a, transport amont et mix électrique européen ENTSO-E – Méthode personnalisée ILCD 2011 midpoint+ V1.05
Pour le scénario 3a (système MTB utilisant le mix électrique ENTSO-E) le profil d’évaluation environnementale est présenté sur la figure 3-14. Dans cette caractérisation, toutes les étapes de recyclage de la filière MTB représentent en moyenne sur l’ensemble des indicateurs la moitié de l’impact total. Bien entendu, le changement de mix énergétique modifie la répartition et la hiérarchie des impacts environnementaux de chaque étape. La logistique amont devient moins contributrice sur l’ensemble du jeu d’indicateurs. Pour les étapes de broyage et de tri mécanique, la consommation d’électricité devient la principale source de l’impact environnemental. La consommation d’électricité ENTSO-E représente 80 % de l’ensemble des impacts environnementaux des processus de recyclage.