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Quelle stratégie pour les produits dérivés du bois en fin de vie ?

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Academic year: 2021

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HAL Id: hal-01219028

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Submitted on 21 Oct 2015

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de vie ?

Franck Michaud, Aymen Jmal, Amadou Ndiaye, Marc Irle

To cite this version:

Franck Michaud, Aymen Jmal, Amadou Ndiaye, Marc Irle. Quelle stratégie pour les produits dérivés

du bois en fin de vie ?. MATERIAUX 2010, Oct 2010, Nantes, France. �hal-01219028�

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Quelle stratégie pour les produits dérivés du bois en fin de vie ?

Franck MICHAUD

a

, Aymen JMAL

a

, Amadou NDIAYE

b

, Mark IRLE

a

a

PRES UNAM, Laboratoire Matériaux Composites Bois, Ecole Supérieure du Bois, rue C. Pauc 44306 Nantes Cedex 3, [franck.michaud ; aymen.jmal ; mark.irle]@ecoledubois.fr

b

INRA, UMR927 US2B, CNRS-INRA-Université Bordeaux 1, F-33405 Talence, France, ndiaye@bordeaux.inra.fr

RESUME:

Différents secteurs industriels tels la plasturgie, la métallurgie se sont souciés de réduire l’impact environnemental de leurs matériaux en développant de véritables filières de recyclage. L’industrie du bois possède un matériau qui n’épuise pas les ressources fossiles mais ne dispose pas d'une filière de recyclage du niveau de matériau comme l'aluminium ou les plastiques.

Pourtant depuis plusieurs années, la prise en compte des enjeux environnementaux n’a de cesse de croître et conduit à considérer davantage le cycle de vie des produits plutôt que le produit seul. Ce type d’analyse implique d’avoir des solutions responsables pour les produits à base de bois en fin de vie si l’on veut pouvoir conserver les avantages du matériau bois. Notre objectif est donc d’établir une stratégie pour déterminer des choix éclairés de recyclage des produits composites à base de bois. Il est d'ailleurs davantage question de valorisation quelle soit matière ou énergétique de ces produits en fin de vie qu'uniquement de recyclage. Le développement d'un outil informatique de type système expert doit nous permettre, sur la base de critères responsables (réglementaires, environnementaux) et pertinents (techniques, économiques), d'aboutir à des solutions de valorisation pour les différents produits en fin de vie.

MOTS-CLES : matériau à base de bois, valorisation, produits en fin de vie, ingénierie de la connaissance, aide à la décision.

Introduction

L’essor du développement durable s’est accompagné de méthode et d’outils à même de quantifier et de qualifier la performance des matériaux et des produits. Le matériau bois est certes un matériau renouvelable issu de la biomasse qui possède intrinsèquement d’indéniables qualités environnementales. Toutefois, si certaines filières comme la plasturgie, le béton ou la métallurgie ont pris pleinement conscience des limites

« écologiques » de leur matériau et ont su mettre en place des stratégies à même de valoriser leur ressource, la filière bois se voit elle aujourd’hui dans l’obligation de faire la preuve de sa capacité à s’inscrire pleinement dans une démarche de développement durable et notamment de la performance environnementale des produits issus de la forêt.

Parmi les outils faisant état de la performance environnementale des produits, l’analyse du cycle de vie (ACV) est largement utilisée de part le monde et constitue un argument majeur en termes d’évaluation, de communication, en termes réglementaires et économiques. Il s’agit d’ailleurs davantage de l’impact environnemental d’un produit dans le cadre d’une fonction bien défini que du produit seul. Ce type d’analyse multicritère s’effectue sur un périmètre bien défini et selon les normes internationales (série ISO 14 000). La mise en place d’étude de grande envergure sur l’évaluation des produits bois en Amérique du Nord, au cours de cette décennie par le CORRIM, montre bien l’importance et l’actualité du sujet [1]. Le périmètre d’étude s’étend du berceau à la tombe du produit i.e. de l’extraction des matières premières au scénario de fin de vie du produit. Chacune des phases de la vie du produit génère un impact sur l’environnement. Si l’extraction et la transformation du matériau bois nécessite assez peu d’énergie grise, la fin de vie des matériaux à base de bois ne dispose pas du niveau d’organisation de filière comme les plastiques ou les métaux ce qui au final pénalise la performance globale des produits à base de bois.

Notre attention s’est donc portée sur la fin de vie des produits à base de bois. Les récentes études montrent

en effet qu’il existe une quantité importante de produits à base de bois en fin de vie (ou déchets). En 2007,

une étude [2] tiré de la 3ème Conférence COST E31 « Management of recovered wood » fait état de 7

millions de tonnes de bois recyclé par an pour la France ce qui montre l’importance du sujet sachant

qu’environ 15 à 20 millions de m

3

de bois sont industrialisés en France sur une même période. Les chiffres

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Eurostats font état de 8,3 millions de m

3

et 5,9 millions de m

3

de résidus de bois respectivement pour l’Allemagne et la Grande Bretagne en 2008 (source FAOSTAT). Il apparaît clair que la question de la valorisation des produits à base de bois en fin de vie et les réponses responsables que nous serons susceptibles d’y apporter conditionnent la performance environnementale des produits de la filière bois.

Contexte & Objectifs de l’étude

La question, point de départ de cette étude, se retrouve au centre de la figure 1 sous la forme d’un point d’interrogation signifiant : « quel choix pour les produits à base de bois en fin de vie ? ». Cette figure présente de manière schématique la problématique de notre étude qui s’inscrit dans le cadre du projet TeamBOIS, partenariat entre l’Ecole Supérieure du Bois et l’Ecole des Mines de Nantes financé par la région Pays de La Loire qui a débuté fin 2009. Ce projet centré sur l’optimisation du recyclage du bois couvre trois axes thématiques : choix d’utilisation des produits bois en fin de vie par l’identification des solutions et possibilités de valorisation ; l’évaluation et la réduction de la contamination des produits bois en fin de vie ; et l’amélioration de l’efficacité du procédé de gazéification du bois par la réduction des goudrons.

Le premier axe est donc le cœur de cette étude. A ce stade de développement du projet, le plus important pour répondre à la question du choix de la valorisation est de définir quelle stratégie doit être mise en œuvre. L’objectif de cet article est donc de présenter la démarche entreprise, les observations et premiers résultats obtenus à ce jour.

Figure 1. Schéma des potentialités de valorisation des matériaux recyclés à base de bois Le point d’interrogation représente l’objectif d’action de cette thématique par la réalisation d’un outil d’aide à

la décision construit sur la base d’un recueil des connaissances.

Démarche

Proposer un choix éclairé et responsable pour les produits à base de bois en fin de vie nécessite la prise en

compte de nombreux paramètres qui peuvent s’avérer contradictoires et une connaissance la plus

exhaustive possible du domaine d’étude ou plutôt des domaines d’études. L’objectif du développement d’un

outil d’aide à la décision est apparu comme une solution adéquate à la problématique posée. Cela

nécessite le recueil des connaissances du domaine et la construction d’une base de connaissance. La

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démarche entreprise s’appuie donc sur les outils de l’ingénierie des connaissances pour aider au choix de l’utilisation d’un produit à base de bois en fin de vie.

La première étape est l’identification des matières recyclées issues de produits à base de bois ainsi que du devenir actuel de ces mêmes produits en fin de vie. Le recueil des connaissances est conduit sur la base d’une revue complète des familles de produits à base de bois et des procédés mis en œuvre en fin de vie.

Ce travail de collecte de la connaissance s’effectue à partir de la littérature et auprès d'experts du domaine.

Ces connaissances seront ainsi explicitées et représentées.

La seconde étape consiste à développer un outil informatique permettant de gérer et d'exploiter ces connaissances. Cet outil d’aide à la décision et d’exploration de données devra posséder comme caractéristiques : une grande lisibilité simplifiant la transmission des résultats auprès des décideurs (nombre restreint de solutions, trié par ordre de pertinence, de coût carbone, etc.) ; et utiliser une représentation des connaissances autorisant le traitement d’un important volume d’information.

Description de l’étape 1 : Collecte des connaissances

Le processus d’acquisition de connaissances se déroulera en trois étapes : Le recueil et l’extraction des connaissances, la représentation des connaissances et la validation de la justesse de la représentation [3, 4].

Ce processus aboutira à la fin à une représentation formelle de connaissances

Le recueil de connaissances

Le recueil de connaissances se fait à travers une recherche bibliographique, une analyse des documents existants et auprès d'experts [5]. Pour le recueil auprès des experts, nous avons opté pour des entretiens libres ou semi-dirigés [3]. Les entretiens seront libres dans un premier temps afin de permettre aux experts de s’exprimer librement et au cogniticien d’avoir une vision du domaine et de s’habituer au vocabulaire technique. Dans un second temps, les entretiens seront semi-dirigés afin d'approfondir les points qui auront émergés des entretiens libres. Le groupe d’experts devra couvrir tout le patrimoine de connaissances et les experts doivent détenir des connaissances complémentaires, ce qui limitera les désaccords qui peuvent s’avérer difficile à gérer.

Nous avons constitué un groupe de 3 experts à connaissances complémentaires : Valorisation énergétique, Valorisation et recyclage des produits bois, Chimie et contamination des produits à base de bois. Les entretiens vont s'effectuer en deux phases successives. La première phase qui est en cours, consiste à interviewer un groupe d’experts scientifiques issu du projet TeamBOIS afin de bien définir le périmètre de connaissance. La seconde phase sera le recueil des connaissances opérationnelles sur le terrain auprès d’experts professionnels de la filière.

La modélisation de la représentation de connaissances

Après avoir recueillis les connaissances, la démarche consiste à fournir un format de représentation. Pour ce faire, nous utiliserons les graphes sémantiques et les méthodes de gestion et de capitalisation des connaissances avec d'éventuelles adaptations [6].

La vérification de la justesse de la représentation

La démarche se termine par l'évaluation de la justesse de la représentation via l'implémentation d'un outil informatique (une base de connaissances) dont les experts du projet vont valider la pertinence et la précision de ses conseils. L'outil informatique sera un livre de connaissances [7]. ou un système expert [8].

Description de l’étape 2 : outil d’aide à la décision – choix de valorisation des produits à base de bois en fin de vie.

L’assemblage des connaissances recueillies devra nous permettre de définir les critères de choix qui préside à la détermination d’une solution optimale responsable quant au devenir des produits à base de bois en fin de vie. Plusieurs voies sont à considérer :

− Simuler le raisonnement humain dans un domaine où cohabitent connaissances scientifique et

règles expertes de décision : définir un système de raisonnement automatique (via l'ordinateur)

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permettant de prendre en compte dans un même processus de raisonnement aussi bien les modèles quantitatifs que les règles de connaissances qualitatives ;

− Définir l'ensemble des critères à prendre en compte pour choisir une solution optimale de valorisation de produit à base de bois en fin de vie : définir un système automatique de décision multicritères ;

− Définir l'ensemble des fonctions (quantitatives et/ou qualitatives) objectif à optimiser simultanément pour définir l'ensemble de solutions optimales de valorisation des produits à base de bois en fin de vie : mettre en œuvre une optimisation multi-objectifs avec front de Pareto ;

− Rassembler toute la connaissance nécessaire pour décider de la valorisation des produits à base de bois en fin de vie et l'organiser afin qu'elle soit accessible rapidement en fonction du produit à base de bois en fin de vie à valoriser : construire un livre de connaissances électronique simple d'utilisation.

Le choix d'une voie ou d'une autre sera fonction du type et de la nature de la connaissance disponible dans le domaine de la valorisation des produits à base de bois en fin de vie.

Analyse des premiers résultats

Cartographie des connaissances scientifiques

Le travail bibliographique a été mené sur la base de la documentation scientifique et académique existante en collaboration avec des scientifiques des différents domaines abordés. Cette première étape a été formalisée sous la forme de carte de concepts (à l’aide du logiciel CmapTools

1

developpé à Florida Institute for Human & Machine Cognition). La figure 2 explicite les champs d’investigation de l’étude. Ce type de représentation permet d’avoir une première représentation graphique des informations et de leur organisation. Les différents graphes sont reliés entre eux et les éléments qu’ils contiennent sont associés à des références bibliographiques issues de la revue de littérature. Ces représentations servent de base à la démarche de recueil des connaissances que nous développerons par la suite.

Figure 2. Représentation de la structure des concepts qui sous tendent la collecte des connaissances du domaine d’étude sous forme de carte de concepts.

Plusieurs concepts relatifs à cette étude ont été définis et peuvent être regroupés selon :

• Les acteurs du domaine

• La ressource : les produits en fin de vie

• La valorisation de la ressource

• La filière de recyclage des déchets

1

http://cmap.ihmc.us/

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Les acteurs

Figure 3. Représentation des acteurs du domaine et de leur rôle sous forme de carte de concepts.

La valorisation des produits à base de bois en fin de vie implique un nombre d’acteurs important qui selon leur origine sont amenés à faire des choix selon des critères ou des contraintes différentes. La figure 3 synthétise une première vue d’ensemble de ces acteurs et leurs interactions.

La ressource : Les produits à base de bois récupérés (PBB récupérés) et le concept Matériau Les produits à base de bois récupérés (au sens de la notion anglaise recovered wood) regroupent à la fois les produits en fin de vie et les sous-produits de la transformation du bois (figure 4). Ces deux groupes se divisent en différentes catégories selon leur origine et aboutissent à considérer dans la filière une classification selon trois types, à savoir :

• Classe A : le bois propre

• Classe B : le bois faiblement « adjuvanté »

• Classe C : le bois fortement « adjuvanté » (par exemple bois traité aux métaux lourds)

Cette classification est couramment utilisée par les professionnels de la filière même s’il ne s’agit pas d’une

réglementation.

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Figure 4. Représentation des produits à base de bois en fin de vie sous forme de carte de concepts.

La représentation de la figure 4 a été établie sur la base de nombreux documents auxquels elle se réfère de façon interactive puisque chaque élément peut pointer et être liés à tous types de documents (articles, graphes, liens internet etc.) agençant ainsi les informations. Dans cet article, seules les principales sources documentaires sont référées [9, 10, 11, 12, 13, 14 , 15 et 16].

Afin de mieux circonscrire la ressource du domaine d’étude, le concept Matériau a été explicité (figure 5). La représentation décrit les différentes familles de produits à base de bois et donne un éclairage sur la nature de la ressource et donc sur certains critères ou contraintes potentiels qui s’y rattachent comme par exemple la présence de polymères, la présence possible d’une forte humidité. A titre d’exemple selon Van Acker [10] la filière Panneaux, qui représentait plus de 63 millions de m

3

en Europe en 2009 [17], constitue une des principales voies de valorisation matière avec notamment pour la Belgique la majorité de la matière première issue de PBB récupérés (que ce soit des sous-produits ou résidus de scierie ou du bois récupéré respectivement 38% et 56%).

Figure 5. Représentation du concept Matériau dans le contexte de notre étude.[18]

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La Valorisation de la ressource

L’objectif de ce travail étant de déterminer le meilleur choix de valorisation, il est important d’identifier quelles sont les possibilités de valorisation pour les produits à base de bois récupérés (NB : on entend ici comme pour l’ensemble de l’étude les produits à base de bois qui sont récupérés). Trois grandes voies de valorisations existent : la valorisation matière, la valorisation énergétique et la valorisation agricole.

Figure 6. Représentation de la Valorisation sous forme de carte de concepts.

En particulier, les figures 7 et 8 décrivent les options possibles de réutilisation des ressources PBB récupérés. Il faut noter que le choix d’une valorisation matière ou énergétique n’est pas anodin. D’après Van Acker [10] ce choix impact fortement la gestion de la ressources bois. En effet, la politique énergétique crée une pression sur la ressource. L’estimation de la chaîne de valeur comparée entre une filière bioénergie et une filière industrie des produits du bois montre clairement l’influence du choix sur 2 piliers du Développement Durable à savoir : les aspects économiques et sociaux :

• La valeur ajoutée d’un produit industriel bois est évaluée à 10 fois supérieure à celle de la production de bioénergie pour une même ressource (respectivement 1044 euros/tonne de bois sec et 118 euros/tonnes de bois sec en 2003).

• L’évaluation de l’impact social fait état d’un facteur 30 en termes d’emploi en faveur de l’utilisation de la ressource pour l’industrie des produits bois.

A cela, il faudrait ajouter l’aspect environnemental pour être complet. Il est toutefois à noter que l’allongement du cycle de vie de la matière première avant une possible valorisation énergétique augmente d’autant la durée et la capacité de stockage du carbone lorsque l’on considère des produits à base de bois.

Figure 7. Description de la Valorisation Matière.[19, 20, 21]

La valorisation énergétique est aussi considérée car elle offre de par le développement de nouvelles

technologies différentes possibilités de valorisation notamment pour les produits fortement contaminés qui

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sont impropres à la valorisation matière. Cela reste aussi une ultime voie de valorisation pour la matière première bois qui aurait connue un ou plusieurs cycles de valorisation matière. La gazéification et la pyrolyse à des fins de valorisation des PBB récupérés fortement contaminés sont d’ailleurs l’objet d’un axe d’étude du projet TeamBOIS.

Figure 8. Description de la Valorisation Energétique. [22, 23]

La filière de recyclage des déchets

Le dernier domaine abordé concerna la notion de déchets et sa filière de recyclage. Cette partie revêt de nombreux paramètres et dimensions (sociale, écologique, sanitaire, législative…) qui montrent bien la complexité du sujet abordé et la multiplicité des contraintes qui accompagnent un choix de valorisation. La figure 9 est éloquente puisqu’elle montre l’ensemble des dimensions à prendre en compte et le en quoi ces différentes dimension peuvent interagir. Le cadre réglementaire quelque soit la dimension qu’il recouvre est fortement présent ce qui peut générer par ces exigences de nouvelles pratiques ou l’émergence de nouvelles technologies à l’échelle industrielle [24].

Figure 9. Description du concept Déchets. [25, 26, 27, 28, 29, 30, 31]

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La figure 10 illustre la façon dont fonctionne notre première étape de compilation des informations. Ceci va nous conduire au développement d’un recueil de connaissances et donc un véritable assemblage des connaissances sur la base duquel sera construit l’outil d’optimisation du choix de valorisation.

Figure 10. Description du concept filière dédiée & Centre collectif.

Les critères de choix

Les premières observations ont permis de définir le domaine dans son intégralité. Ce travail va se poursuivre auprès des experts via les outils et méthodes de l’ingénierie présentés dans la partie Démarche. Il nous faut identifier de manière juste et exhaustive le domaine afin d’extraire avec l’aide des experts les critères pertinents qui nous permettront d’obtenir à partir de la modélisation le ou les meilleures choix de valorisation des PBB récupérés en fonction des paramètres retenus qu’ils soient techniques, réglementaires, économiques, environnementaux ou sociaux. La figure 11 montre l’éventail du type de critères qui préfigure au choix lors de la sélection d’un procédé comme la valorisation. Ce type d’approche multicritère a d’ailleurs fait l’objet d’une publication dans le cadre du COST E31 [20].

Figure 11. Représentation des critères de choix dans la sélection d’un procédé de valorisation.

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Conclusion et Perspectives

A ce stade de développement du projet, le travail de collecte des connaissances n’est pas achevé. Toutefois à la vue des premières représentations des informations recueillies, il apparaît clairement que la complexité des concepts et de leurs interactions justifie pleinement le choix d’une démarche basé sur l’ingénierie de la connaissance.

Les différents scénarii de fin de vie des produits à base de bois ainsi qu’une évaluation des volumes concernés seront compilés au sein de l’outil d’aide à la décision quelque soit le choix final d’utilisation de la matière (recyclage, combustion,…). Un choix éclairé sera possible grâce à la constitution d'une base de connaissances sur le recyclage des produits à base de bois en fin de vie, qui se nourrira aussi des autres thématiques du projet TeamBOIS.

Ce type d’outil a pour vocation de participer à l’inscription des activités de la filière bois dans une démarche de développement en agissant sur le devenir des produits à base de bois en fin de vie.

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