A Hybrid Discrete-Event and Agent-Based Simulation Approach to Model Circular Supply Chains in Healthcare: A Case Study of Laparoscopic Scissors

Dans l'environnement à enjeux élevés d'un hôpital moderne, une seule paire de ciseaux chirurgicaux peut déterminer la différence entre une opération réussie et une opération annulée. Pendant des décennies, la pratique standard a été simple : utiliser un instrument tranchant et stérile une seule fois, puis le jeter. Cette approche linéaire est fiable et sûre, mais elle génère une quantité massive de déchets et repose sur un approvisionnement constant et énergivore en nouveaux produits. Alors que les hôpitaux et les gouvernements cherchent des moyens de réduire leur empreinte environnementale, une voie différente a émergé : l'économie circulaire. Ce concept ne consiste pas à recycler au sens traditionnel du terme, qui consisterait à faire fondre les objets, mais à maintenir les produits en usage le plus longtemps possible grâce à la réparation, au nettoyage et à la réutilisation. Cependant, passer d'un système de « utiliser et jeter » à un système de « utiliser et retourner » est incroyablement complexe. Cela introduit de nouvelles incertitudes, telles que le temps nécessaire pour nettoyer un instrument, la fréquence de ses cassures, et si les hôpitaux disposeront de suffisamment de stocks pour assurer le bon déroulement des chirurgies. Sans moyen de tester ces nouveaux systèmes avant de les acheter, les décideurs risquent soit de gaspiller de l'argent dans des équipements qui ne seront jamais rentabilisés, soit de manquer d'outils lors de procédures critiques.

Pour naviguer dans cette incertitude, des chercheurs de l'Université de Nottingham Trent, de l'University College London et de l'Université de Loughborough se sont tournés vers un outil numérique puissant : une simulation informatique hybride. Ils ont choisi un dispositif médical spécifique et largement utilisé, les ciseaux laparoscopiques utilisés dans la chirurgie mini-invasive, comme sujet de test. Au lieu de construire des prototypes physiques ou d'attendre des années pour voir ce qui se passerait dans les hôpitaux réels, ils ont construit un modèle virtuel de l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement. Ce modèle comprenait le fabricant, le centre de distribution, les hôpitaux et les installations spécialisées pour le nettoyage et la réparation des instruments. La simulation a servi de laboratoire sans risque où l'équipe pouvait tester des milliers de scénarios sur une période de dix ans, en examinant comment différents types de ciseaux se comporteraient dans des conditions de variabilité et de retard réelles.

L'équipe a comparé la norme actuelle — des ciseaux à usage unique qui sont incinérés après une utilisation — à trois alternatives circulaires. La première option consistait à prendre les ciseaux à usage unique, à les nettoyer et à les remanufacturer pour qu'ils aient l'apparence et la fonction d'un produit neuf. La deuxième option était une conception hybride, dotée d'un manche durable pouvant être réutilisé de nombreuses fois, mais associé à une lame jetable qui est jetée après chaque chirurgie. La troisième option était un instrument entièrement réutilisable, où le manche et la lame sont tous deux conçus pour être nettoyés, stérilisés et utilisés encore et encore. Les chercheurs ont testé ces scénarios pour voir quelle approche permettrait d'économiser le plus d'argent, de réduire le plus les émissions de carbone et de maintenir les hôpitaux en fonctionnement sans interruption.

Les résultats ont révélé qu'il n'existe pas de solution unique « idéale » ; le bon choix dépend entièrement des objectifs et des contraintes spécifiques du système hospitalier. L'étude a montré que le moyen le plus immédiat et le plus efficace de réduire à la fois les coûts et les émissions était simplement de commencer à réutiliser les ciseaux à usage unique. Lorsque les hôpitaux ont privilégié l'utilisation de ces outils reconditionnés plutôt que l'achat de nouveaux, la simulation a montré une baisse spectaculaire des dépenses, économisant près de 41 % des coûts totaux de la chaîne d'approvisionnement, tout en réduisant les émissions de carbone de plus de moitié. Cette approche a fonctionné car elle a réduit la nécessité de fabriquer de nouveaux instruments à partir de zéro, ce qui constitue la partie la plus coûteuse et la plus polluante du processus.

Cependant, les ciseaux entièrement réutilisables, bien qu'offrant le plus grand potentiel de protection environnementale, comportaient un obstacle financier important. Ces instruments de haute qualité sont chers à l'achat initial. La simulation a montré qu'un hôpital devrait utiliser la même paire de ciseaux entre 45 et 50 fois avant que les économies réalisées en n'achetant pas de nouveaux modèles ne l'emportent enfin sur l'investissement initial. Une fois ce point passé, le système devenait moins cher que la méthode traditionnelle, offrant finalement une économie d'environ 19 % sur le long terme. Pourtant, ce gain à long terme exige qu'un hôpital s'engage dans un système qui nécessite une infrastructure rigoureuse de nettoyage, de réparation et de stockage, ainsi qu'un personnel dédié pour gérer le flux d'instruments.

Les ciseaux hybrides présentaient un type de défi différent. Bien qu'ils soient respectueux de l'environnement, devenant plus verts que l'option à usage unique après seulement deux utilisations, ils n'ont jamais réussi à devenir financièrement viables dans la simulation. Le coût des lames jetables est resté trop élevé, agissant comme un drainage constant sur le budget que les économies réalisées grâce à la réutilisation du manche ne pouvaient compenser. Même si le manche durait 70 utilisations, le coût total restait 64 % plus élevé que celui du système standard à usage unique. Cela suggère que, à moins que le prix des lames jetables ne chute considérablement, cette option intermédiaire pourrait ne pas être un choix pratique pour les hôpitaux cherchant à économiser de l'argent.

Au-delà des chiffres financiers et environnementaux, la simulation a mis en évidence une réalité opérationnelle cruciale : la vitesse du processus de nettoyage importe plus qu'on ne le pense. Lorsque les instruments sont retournés à l'hôpital, ils doivent être décontaminés avant de pouvoir être réutilisés. L'étude a montré que si ce processus de nettoyage est lent ou imprévisible, les hôpitaux doivent conserver un stock beaucoup plus important de ciseaux de rechange pour ne jamais en manquer. Dans les scénarios où le nettoyage prenait beaucoup de temps ou variait considérablement en durée, les hôpitaux avaient besoin d'un inventaire nettement plus important pour maintenir un taux de réussite de 100 % pour les chirurgies. Cette conclusion offre une feuille de route claire pour les gestionnaires hospitaliers : adopter des outils circulaires ne consiste pas seulement à acheter le bon produit, mais aussi à investir dans la rapidité et la fiabilité de l'infrastructure de nettoyage et de réparation.

En fin de compte, cette recherche suggère que la transition vers une économie circulaire dans le secteur de la santé n'est pas un simple interrupteur, mais un équilibre stratégique. Pour les hôpitaux qui cherchent à réduire rapidement les coûts et les émissions, le remanufacturage des outils existants à usage unique offre le rendement le plus immédiat. Pour ceux qui sont prêts à investir dans la durabilité à long terme et qui possèdent l'infrastructure pour la soutenir, les instruments entièrement réutilisables offrent les bénéfices environnementaux les plus profonds, à condition de pouvoir attendre que les coûts initiaux élevés soient amortis. L'approche hybride, malgré son attrait intuitif, semble être une impasse dans les conditions de marché actuelles. En cartographiant ces compromis, l'étude fournit un guide clair pour les décideurs politiques et les administrateurs hospitaliers, montrant que le chemin vers un système de santé plus vert est pavé d'une planification minutieuse, d'attentes réalistes et d'une compréhension profonde de la manière dont chaque maillon de la chaîne d'approvisionnement affecte le suivant.