ecoconcemption

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POSITION DU PROBLEME D’ECO-CONCEPTION Notions d’éco-conception et de développement durable Traditionnellement, la conception de procédés est guidée par des considérations techniques et micro-économiques. Cependant, il devient évident que ces deux types de critères ne suffisent plus et que les deux autres dimensions du développement durable, à savoir environnementale et sociale, doivent faire partie intégrante de la phase de conception.

L’application des concepts de développement durable en Génie des Procédés s’inscrit dans un effort continu pour protéger les écosystèmes, les équilibres Swip next page ociaux et la prospéri systématique et glob 0 l’exploitation des ma es „ sécurité et la protecti de conversion et de une amélioration ronnementale, ité énergétique, la s types de procédés u sein du Génie des Procédés, les activités axées sur le développement de procédures systématiques pour la conception et l’exploitation de procédés et de systèmes, englobant le concept de « chaîne logistique chimique » s’insèrent dans une démarche de développement durable (voir Figure 1. 1). Figure 1. 1.

Nouvelles frontières en Génie des Procédés Elles visent l’amélioration du processus de décision, à différents iveaux, depuis l’extraction des matières premières, la gestion de l’innovation, la conception, l’exploitation, la conduite et la supervision du procédé, l’élaboration et la distribution du produit,

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la gestion multi-site jusqu’à l’analyse d’impact, en mettant en jeu des critères souvent contradictoires. Le concept de Développement Durable est basé sur la création de biens et d de services utilisant des procédés et des systèmes non polluants, qui préseruent les ressources énergétiques et les matières premières tout en étant économiquement viables.

Les exigences sociales portent sur la pérennité de l’emploi, ais aussi sur la garantie de sécurité totale d’un procédé pour les exploitants, les consommateurs et le public. La nécessité et la volonté d’innovation permanente qui caractérisent les industries de transformation de la matière et de l’énergie doivent ainsi s’appliquer à la recherche d’une nouvelle socio-économie industrielle. A la période d’éco-efficacité (ou éco-efficience) qui a pour objectif de promouvoir une utilisation plus efficace des matières premières et de l’énergie en vue de réduire simultanément les coûts économiques et l’impact environnemental de la production, oit succéder une ère d’éco-conception, où les paramètres environnementaux sont pris en considération dès la conception du produit et du procédé.

L’éco-conception apparaît ainsi comme la contribution opérationnelle du développement durable. Le Génie des Procédés qui prône l’intégration harmonieuse des systèmes dans leur milieu, doit jouer un rôle important et ce pour deux raisons : la première est que la production induite par ce type d’industrie, qui contribue fortement au revenu national, est essentiel pour la société moderne : le développement de la société dépend en partie de l’industrie chimique et éciproquement. La seconde raison est que de nombreux aspects environnementaux sont associés directement à ce type de procédé ou à l’utilisation des produits chimiques à travers des impacts sur l’eau, l’air et le sol.

Les produits chimiques élaborés par l’industrie pour les marchés de consommateurs, doivent être fabriqués, utilisés et recyclés par des procédés propres 0 les marchés de consommateurs, doivent être fabriqués, utilisés et recyclés par des procédés propres, sûrs et économiquement rentables. Il est alors impératif d’améliorer les procédés existants t d’en imaginer de nouveaux qui évitent, ou à défaut, minimisent la production de déchets à la source plutôt que de les collecter et/ou de les traiter, passant ainsi d’une approche curative ? une approche préventive. Cette vision, qui prend en compte le cycle de vie produit-procédé et élargit le champ d’investigation, implique une approche systémique. A titre d’illustration, l’évolution de la problématique en synthèse de procédés est proposée sur la Figure 1. 2.

Elle montre clairement que la prise en compte des aspects environnementaux dans la phase de conception des procédés chimiques a réellement commencé ? artir du début du 21ème siècle. En effet, elle s’inscrit dans les recommandations publiées depuis une dizaine d’années et énoncées à travers les 12 principes de la chimie verte, les 12 principes de l’ingénierie verte, les grands défis pour l’ingénierie édictés par l’Académie Nationale Américaine d’Ingénierie, ou encore celles de l’IChemE 2 Ist Century Chemical Engineering (IChemE Roadmap, UK, 2007). Ce cours s’inscrit dans cette thématique et vise à développer une démarche d’éco-conception de procédés.

Toutefois, le champ disciplinaire relatif à ce sujet comporte deux aspects principaux : ‘une part, les aspects liés à la topologie du procédé qui sont relatifs à la sélection des opérations unitaires et des choix technologiques les plus pertinents par rapport à une application donnée ; d’autre part, la recherche des conditions opératoires optimales et la conception à travers le dimensionnement des équipements à structure de procédé figée. Néanmoins, à ce stade, Pétude et dimensionnement des équipements à structure de procédé figée. Néanmoins, à ce stade, l’étude et l’analyse de diverses architectures pourront être approfondies. Figure 1. 2.

Evolution de la problématique en synthèse de rocédés Indicateurs, indices et métriques de développement durable en Génie des Procédés Maintenant je vais présenter les méthodes et les outils permettant d’évaluer la performance des procédés vis-à-vis des critères de développement durable qui pourront être applicables au stade préliminaire de leur conception. Le développement durable est admis comme une démarche qui vise un équilibre entre le développement économique, la qualité de vie des citoyens et la protection de l’environnement. Ainsi, l’économie, la société et l’environnement sont considérés comme les trois iliers du développement durable, lesquels sont interdépendants.

Pour une analyse des différentes versions d’un procédé, la sélection d’un ensemble adéquat d’indicateurs pour l’évaluation du caractère durable est essentielle. Il existe une typologie d’indicateurs et une méthode applicable pour l’analyse de systèmes vis-à•vis de l’aspect durable, classant les trois dimensions du développement durable en trois groupes hiérarchiques distincts : (i) indicateurs monodimensionnels (1 D) qui fournissent des informations sur une seule dimension : économique, écologique ou sociale ; ii) indicateurs bidimensionnels (20) qui donnent simultanément des informations sur deux des composantes : socio-écologiques, socio-économiques, ou économique-écologique ; (iii) indicateurs tridimensionnels qui conduisent à des informations sur les trois dimensions.

Ici, l’objectif n’est pas d’identifier de façon exhaustive, l’ensemble des métriques proposées et a licables aux procédés de l’industrie ch 4 0 exhaustive, l’ensemble des métriques proposées et applicables aux procédés de l’industrie chimique ou autre, mais plutôt de mettre en titre les plus importantes par rapport à un objectif de rise de décision. Il est utile au préalable de faire la distinction entre indicateur, indice et métrique. un indicateur est un outil de simplification, de quantification et de communication de l’information. Il constitue le premier niveau d’analyse de données de base. Idéalement, un indicateur de développement durable devrait satisfaire simultanément les trois composantes ci-dessus mentionnées. Toutefois, la construction et la sélection de tels indicateurs ne sont pas directes et ont fait l’objet de nombreux travaux.

Un bon indicateur doit satisfaire plusieurs exigences liées à la validité technique, la pertinence is-à-vis des parties prenantes, le coût vis-à-vis de la collecte de données, la fiabilité, les limites spatiales et temporelles, la facilité d’interprétation, l’accès à un standard de comparaison et la capacité à montrer les tendances d’évolution au cours du temps. Toutefois, un indicateur robuste peut être difficile à interpréter, échouant ainsi dans sa fonction de communication. Dans beaucoup de cas, Févaluation des indicateurs implique soit une normalisation, soit une comparaison avec une valeur prédéfinie, pour faciliter son interprétation (par exemple le pourcentage ‘énergie renouvelable utilisée par rapport à la moyenne nationale). Un indicateur est donc une variable observable utilisée pour caractériser la complexité d’un phénomène.

Le terme d’indice désigne, quant à lui, un indicateur synthétique construit, en agrégeant d’autres indicateurs dits de base. Une autre voie pour caractériser les différents aspects d’un phénomène complexe consiste à utiliser un ens voie pour caractériser les différents aspects d’un phénomène complexe consiste à utiliser un ensemble d’indicateurs au sein d’une métrique. Cutilité d’une métrique est nécessairement liée au nombre ‘indicateurs: un nombre insuffisant risque de mal représenter le phénomène, un nombre élevé risque de rendre le coût de mise en œuvre prohibitif. ‘avantage d’un simple indice plutôt qu’une collection d’indicateurs réside donc dans la facilité de communication (par exemple, l’empreinte écologique).

Toutefois, on peut y voir de nombreux inconvénients : perte de détail et de précision due ? la combinaison des paramètres avec des ordres de grandeur et des niveaux de précision différents, utilisation de coefficients de conversion pour exprimer toutes les variables dans les mêmes unités. Métriques de HAIChE et de l’IChemE Afin d’analyser le caractère durable d’un procédé industriel, il est logique de citer en premier lieu les deux métriques développées par l’AlChE (1 D) et par l’IChemE (3D), qui prennent en compte des indicateurs particulièrement adaptés au domaine des procédés et à un système de production. 1. 3. 1. Métrique de l’AlChE La métrique, proposée en termes d’éco-efficacité par l’American Institute of Chemical Engineers (AIChE), regroupe les 6 domaines suivants: Tableau 1. 1 .

Métrique de base de l’AlChE (1) Consommation de matière : l’utilisation de matières, notamment non-renouvelables et relatives à des ressources inies, affecte la disponibilité des ressources et conduit à une dégradation environnementale à la fois vis-à-vis de l’extraction des matières premières et lors de conversion en tant que rejets. (2) Consommation énergétique : outre les aspects liés à sa disponibilité et à son utilisation en tant que ressource, l’utilisation de l’énergie condu 6 0 à sa disponibilité et à son utilisation en tant que ressource, l’utilisation de l’énergie conduit à des impacts environnementaux variés. Ainsi, par exemple, la combustion des combustibles fossiles a des impacts sur le réchauffement climatique, Foxydation e l’ozone photochimique et l’acidification. (3) Consommation en eau : l’eau douce est essentielle à la vie et à presque toutes les activités économiques.

Compte tenu de l’augmentation des demandes anthropogéniques et de l’épuisement de la ressource en eau dans certaines réglons du monde, la consommation en eau constitue un facteur cle. (4) Emission de produits polluants. (5) Déchets solides. (6) Utilisation du sol : le sol est considéré comme une ressource finie qui fournit des services écologiques et socio-économiques variés. Toutefois, la définition d’un indicateur est apparue délicate t n’apparaît pas explicitement dans la métrique de base. Le choix de ratios pour exprimer la métrique facilite, d’une part, la comparaison entre plusieurs options et, d’autre part, le choix du procédé lors de la phase décisionnelle. Plus l’indicateur est faible, plus Fimpact généré sera faible par unité de valeur créée. 1. . 2. Métrique de l’IChemE La méthode proposée par l’IChemE (Institution of Chemical Engineers) (R. U) permet de quantifier les impacts de l’industrie chimique pour les trois aspects du développement durable en ajoutant des métriques économiques et sociétales à celle ciblée ur l’aspect environnemental. La métrique de rlChemE date de 2002, mais elle est de plus en plus utilisée. Les indicateurs sont spécifiquement regroupés en catégories environnementale, économique et sociale. Les indicateurs environnementaux sont relatifs à des ressources ou à des catégories d’impacts environnementaux. La métrique met en je environnementaux.

La métrique met en jeu deux types d’indicateurs quantitatifs, i. e. , les charges environnementales et les impacts. Le premier groupe inclut l’utilisation de matière et d’énergie, les émissions dans l’air et l’eau, la quantité de déchets solides. Il est obtenu à partir des bilans de matière et d’énergie. L’information obtenue sur les charges peut ensuite être exploitée pour calculer les impacts environnementaux. Comme précédemment, la plupart des indicateurs de la métrique sont calculés sous forme de ratios pour fournir une mesure d’impact, indépendante de l’échelle de l’opération. Ils sont basés sur une règle simple : le procédé est d’autant plus efficace que l’indicateur est faible.

Ils Impliquent à la fois les entrées du procédé (utilisation des ressources) et les sorties (émissions, effluents, rejets, produits et services). Ils font intervenir un sous-ensemble des facteurs d’impact utilisés en science de l’environnement les plus significatifs vis-à-vis des industries de procédés, en vue du calcul des charges environnementales. La charge environnementale (FEi), causée par l’émission d’une gamme de substances, est calculée en additionnant les émissions pondérées de chaque substance. Le facteur de potentiel d’impact est identifié comme étant le facteur d’impact de chaque substance. Notons qu’une substance peut contribuer différemment ? diverses charges environnementales et avoir différents facteurs d’impacts. ? FEi désigne la charge environnementale i, MN est la masse (ou le débit massique) de la substance N émise et FPi,N représente le facteur de potentiel d’impact de la substance N relatif à la charge environnementale i. Les charges environnementales sont déterm B0 substance N relatif à la charge environnementale i. Les charges environnementales sont déterminées par rapport ? une substance de référence (par exemple S02, pour l’acidification atmosphérique). Cette approche implique au total 49 indicateurs. Toutefois, la durée de vie des produits chimiques dans divers milieux n’est as prise en compte. De plus, l’indicateur sur la santé humaine (normalisé par rapport au benzène) est limité aux effets cancérigènes. Les indicateurs environnementaux recommandés par l’IChemE sont consignés dans le tableau 1*3. Les tableaux 1 et 1. présentent l’ensemble des critères sociaux et économiques recommandés par l’IChemE Le plus souvent, les impacts sont ramenés à la valeur ajoutée. Cela permet la comparaison entre procédés. Si la valeur ajoutée est difficile à estimer, on peut se ramener par exemple à la quantité de produits générée, autorisant la comparaison entre rocédés aux produits identiques. Si d’autres facteurs d’échelle sont utilisés, leur méthode de calcul doit être clairement présentée dans l’étude. Tableau 1. 2. Critères sociaux recommandés par l’IChemE Tableau 1. 3. Critères environnementaux recommandés par l’IChemE Tableau 1. 4. Critères économiques recommandés par l’IChemE 1. 3. 3.

Utilisation de métriques de développement durable Les métriques de développement durable peuvent être utilisées ? différents niveaux dans le processus d’aide à la décision : lors de l’évaluation des alternatives techniques (variété de atières premières, options d’améliorations des procédés,…. ) ou financières (variété de fou IC industrielles, à des fins de communication avec les parties prenantes. On constate qu’elles deviennent de plus en plus complexes à la fois par leur contenu mais aussi, par leur méthodologie. Le choix des indicateurs appropriés dépend des spécificités du secteur industriel concerné, voire des types de produits.

Les indicateurs doivent refléter les sous-produits, rejets et émissions caractéristiques du procédé ou du produit mais aussi des ressources nécessaires pour fournir un service. Il est donc difficile de donner une liste universelle d’indicateurs. Il paraît plus judicieux d’analyser et d’expliquer les choix d’indicateurs dans un nombre de situations typiques. Il existe encore peu d’outils de gestion et de métrique de développement durable : on peut mentionner le logiciel BRIDGESworksTM Metrics. Il est clair que de tels outils contribueront à faciliter la prise en compte des critères de développement durable, surtout s’ils sont intégrés au système global de gestion de l’information de l’entreprise.

Ainsi, une telle démarche encouragera le concept de cycle de vie tout au long du ycle de vie du produit. Indice d’impact environnemental potentiel (« Waste Reduction algorithm ») Compte tenu de la difficulté à renseigner l’ensemble des informations requises par le calcul des indicateurs d’une métrique, au stade de la conception préliminaire d’un procédé, un certain nombre de travaux se sont orientés vers le développement d’un bilan environnemental. Une méthode, très citée dans la littérature dédiée et identifiée par le terme d’Algorithme de Réduction des Rejets (plus connue, sous son acronyme anglo-saxon WAR, WAste Reduction algorithm), est basée sur le concept de bilan en 0 0