L’analyse précédente a montré tout l’intérêt de proposer une méthodologie d’optimisation de la gestion des ressources à partir de l’étude des flux de cuivre en France.
Il s’agit donc dans un premier temps d’analyser de façon aussi précise que possible le cycle de la ressource, c’est-à-dire d’identifier les flux et stocks, mais aussi les pertes, les importations, les exportations, etc.
À partir de l’analyse de la littérature dédiée, on peut cibler les principaux enjeux liés à l’utilisation des métaux sur quatre critères d’optimisation (ou fonctions-objectifs) :
– coût – énergie
– impacts environnementaux – pertes de ressource
Dans un premier temps, ces quatre critères seront étudiés indépendamment les uns des autres afin de mieux comprendre leur comportement vis-à-vis des variables du modèle et de mettre en évidence les stratégies à mettre en place dans le cas où la priorité serait donnée à l’un des critères. Pour cela, il est né- cessaire de déterminer les leviers d’action ou les variables de décisions. L’étude du caractère contradictoire de ces critères permettra alors de mettre en jeu une véritable stratégie d’optimisation multiobjectif visant à trouver un compromis entre les fonctions-objectifs.
La stratégie proposée pour résoudre cette problématique est présentée sur la figure 1.4.
Chapitre
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Figure 1.4 : Représentation schématique de la méthodologie d’optimisation proposée.
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Il s’agit dans un premier temps de caractériser de façon précise les flux de ressources, afin de localiser les pertes et de calculer les impacts. Afin de choisir la méthode la plus adaptée, un état de l’art des outils d’analyse des flux et des impacts est présenté dans le chapitre 2.
Le troisième chapitre présente la modélisation des flux de cuivre en France, réalisée à l’aide des outils retenus suite à l’analyse bibliographique. La problé- matique de la collecte et de la réconciliation des données nécessaires à cette modélisation est traitée afin d’obtenir un résultat aussi fiable que possible.
Dans le quatrième chapitre, la question du traitement des déchets est abor- dée. Un état de l’art des procédés de recyclage est conduit de façon à proposer une méthode de construction de flowsheets adaptés au recyclage des différents types de débris.
Une fois les flux et les procédés de recyclages évalués et modélisés, une superstructure englobant les principales stratégies de gestion des déchets pos- sibles a été proposée : elle comprend les variables de décisions sur lesquelles il est possible d’agir pour optimiser les critères. Le chapitre 5 présente cette superstructure et la procédure de détermination des critères en fonction des va- riables de décision. L’analyse de cette superstructure couplée à une analyse bi- bliographique des méthodes d’optimisation, présentée dans ce même chapitre, a conduit à choisir un algorithme d’optimisation multiobjectif stochastique, de type algorithme génétique.
Enfin, la superstructure a été codée puis couplée à un algorithme d’optimi- sation afin de proposer une stratégie de gestion du cuivre optimisée. La mise en œuvre de la méthode est présentée dans le chapitre 6. Une formulation plus simple mais représentative du système par linéarisation sous contrainte du modèle permet de résoudre plus facilement le problème.
Une conclusion générale met en lumière les principaux acquis au cours de cette étude et propose quelques perspectives concernant la poursuite de ce travail.
État de l’art des méthodes
d’évaluation des impacts
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Table des matières
2.1 Introduction . . . 27 2.2 État de l’art des outils d’analyse des impacts . . . 28 2.3 Bilan et comparaison des méthodes . . . 51 2.4 Proposition d’une méthodologie intégrée d’évaluation glo-
bale des impacts. . . 52 2.5 Application de la méthodologie au choix entre deux types
de batterie pour alimenter les véhicules électriques . . . 56 2.6 Conclusion . . . 65
Chapitre
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NOMENCLATURE a : part fixe du prix de la batterie
C : coût total
Cost : coût d’un jeu de batteries
D : demande
E : exportations
I : importations
Itotal : impacts sur l’environnement
Mri : déchets recyclés
Mvi : matériaux
N : nombre de jeux de batteries N iM H : batterie hybride métal-nickel P : prix initial des batteries
P bA : batterie plomb-acide
q : quantité totale de produit disponible Qr : produits réutilisés
Qv : produit
U : table des utilisations V : table des ressources
Wdi : déchets jetés
Wmi : déchets de matériaux Wp : produits utilisés Wpmi : produits jetés
x : fraction de batteries P bA
y : demande finale
2.1 Introduction
Chapitre
2
2.1
Introduction
L’optimisation de la gestion d’une ressource passe par l’évaluation des im- pacts qui lui sont associés. Une partie de nos travaux consiste à déterminer les différents impacts environnementaux et économiques globaux liés à la gestion d’une ressource à l’échelle d’un pays, toutes sources confondues. Ce chapitre a pour objectif de présenter un état de l’art des modèles et outils d’évaluation des impacts afin d’en choisir un (ou plusieurs) pour répondre à la problématique de ce travail de doctorat.
Avec l’établissement de normes et de législations de plus en plus strictes et la naissance d’une prise de conscience environnementale, la réalisation d’études pour mesurer les impacts environnementaux d’un procédé ou d’un produit s’est généralisée. Dans ce cadre est né le concept d’écologie industrielle, qui veut cal- quer le métabolisme industriel sur les lois de la nature, qui font que les déchets des uns servent d’aliments aux autres. Ce concept requiert l’étude des flux de matière et d’énergie dans les activités industrielles et de consommation. Il comprend également l’étude des effets de ces flux sur l’environnement et l’in- fluence des facteurs économiques, politiques et sociaux sur l’utilisation et la transformation des ressources naturelles. Cette analyse passe par des outils in- formatiques de simulation de procédés, par la prise en compte de la thermody- namique et des autres contraintes physiques, et par l’optimisation multiobjectif (optimisation économique et écologique) (Ayres and Ayres, 2002).
Plusieurs méthodes d’évaluation environnementale ont vu le jour, allant de simples listes des matières et produits à utiliser ou non, jusqu’à des études de mesures d’impacts très complètes et précises. Ce chapitre a pour objet de présenter les différentes méthodologies existantes, et de les comparer afin de pouvoir choisir la plus adaptée au besoin de l’utilisateur : conception complète d’un nouveau procédé, amélioration d’un procédé existant, mise en place de mesures simples et peu coûteuses pour diminuer ses impacts, etc.
Les méthodes existantes peuvent être regroupées dans deux familles d’ap- proches : d’une part, les méthodes qualitatives visent à une prise de conscience environnementale pour éviter, dès que cela est possible sans trop influer sur les produits, d’utiliser certains matériaux ou substances très toxiques ; d’autre part, les méthodes quantitatives, certes plus coûteuses et longues à mettre
Chapitre
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en place, permettent la mise en évidence d’impacts qui ne sont pas toujours soupçonnés, et de réfléchir à des solutions.
Parmi les méthodologies que l’étude bibliographique a permis de recenser, nous verrons que, outre les méthodes d’analyse développées exclusivement pour mesurer les impacts environnementaux telles que les analyses de cycle de vie, plusieurs techniques basées sur des approches économiques ont été utilisées pour évaluer les impacts environnementaux. On peut citer par exemple le cas des NAMEA (tableaux entrées-sorties de l’économie nationale étendus aux ex- tensions environnementales), ou de l’analyse coût-bénéfice (CBA). Ce chapitre vise donc à analyser les différents outils existants pour l’étude des impacts liés à un système (section 2.2) afin de les comparer (section 2.3) et de proposer une stratégie complète d’évaluation des impacts (section 2.4).