Resource Assessment methods in Industrial Ecology and Process Engineering: a critical review towards improved consideration in LCA
Cette revue critique évalue la rareté thermodynamique, l'analyse du coût exergétique et l'analyse de l'entropie statistique afin d'améliorer l'analyse du cycle de vie en identifiant l'exergie chimique comme la métrique la plus robuste pour capturer la rareté géologique et les associations chimiques, tout en soulignant que les principes de l'analyse du coût exergétique sont essentiels pour définir les limites du système et allouer les charges des co-produits dans les évaluations axées sur les ressources.
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Chaque produit que nous utilisons, du smartphone à la poutre d'acier, commence sa vie en tant que ressource extraite de la Terre. Dans le domaine de l'écologie industrielle, les scientifiques tentent de mesurer le coût réel de l'utilisation de ces ressources, non seulement en dollars, mais aussi en perte de leur potentiel pour l'avenir. Ce concept est connu sous le nom d'« Aire de Protection » des ressources naturelles. Il pose une question simple mais profonde : quelle part de la valeur originelle d'une matière première est détruite ou dispersée lorsque nous la transformons en autre chose ? Lorsqu'un métal est extrait, raffiné, utilisé, puis jeté comme déchet, sa capacité à être réutilisé est diminuée. Cette perte de potentiel est appelée dissipation. Pour prendre de meilleures décisions en matière de durabilité, les chercheurs ont besoin d'un moyen de mesurer cette perte avec précision, en suivant la quantité de valeur qui disparaît à mesure que les matériaux circulent dans notre économie.
Une équipe de chercheurs dirigée par Louis Freboeuf et ses collègues s'est donné pour mission de trouver la meilleure façon de mesurer cette perte. Ils ont examiné les méthodes existantes utilisées en génie industriel et en conception de processus pour voir lesquelles pourraient être adaptées à un outil appelé Analyse du Cycle de Vie (ACV). Cet outil est largement utilisé pour calculer l'impact environnemental des produits, mais les chercheurs ont constaté que les versions actuelles peinent souvent à rendre compte de la véritable valeur des ressources une fois qu'elles sont mélangées, diluées ou transformées en déchets. L'équipe a examiné trois approches majeures : l'une basée sur l'énergie chimique, une autre sur la difficulté de concentrer les matières, et une troisième sur le désordre statistique des mélanges. Leur objectif était de déterminer quelle méthode offre la manière la plus fiable et la plus ancrée dans la physique de suivre la valeur des ressources au fur et à mesure de leur utilisation et de leur perte.
Les chercheurs ont découvert que la méthode la plus robuste repose sur un concept appelé exergie chimique. Considérez cela comme la quantité maximale de travail utile qu'une ressource pourrait théoriquement accomplir si elle était ramenée à son état naturel. Cette mesure capture deux éléments critiques : la rareté d'un matériau dans la croûte terrestre et la force avec laquelle ses atomes sont liés entre eux dans des minéraux complexes. L'étude a révélé que cette approche est supérieure car elle tient compte du « lien » chimique entre différents éléments. Par exemple, elle reconnaît que séparer l'or d'un minéral spécifique nécessite plus d'efforts que de le séparer d'un mélange simple, simplement en raison des liaisons chimiques impliquées. Cette méthode fournit une valeur constante et basée sur la physique pour les ressources, qui ne dépend pas des fluctuations des prix du marché ou d'estimations temporelles arbitraires.
Cependant, l'équipe a également identifié des obstacles importants à l'utilisation de cette méthode puissante. Le calcul de l'exergie chimique nécessite des données détaillées sur la composition chimique exacte de chaque matériau, y compris les minéraux spécifiques et l'énergie requise pour rompre leurs liaisons. Actuellement, la plupart des bases de données utilisées pour les évaluations environnementales ne contiennent pas ce niveau de détail. Elles listent souvent un matériau comme étant de l'« acier » ou du « minerai de cuivre » sans préciser la composition chimique précise ou les propriétés thermodynamiques nécessaires au calcul. Les chercheurs ont montré que sans ces données, les résultats peuvent varier considérablement selon les hypothèses faites concernant l'environnement naturel ou les minéraux de référence utilisés. Dans certains cas, changer le point de référence pour un calcul pourrait modifier la valeur estimée d'une ressource de centaines de kilojoules par mole, rendant les résultats difficiles à comparer ou à accorder une confiance.
L'étude a également examiné une méthode plus simple, l'entropie statistique, qui mesure à quel point un matériau est mélangé. Cette approche est plus facile à utiliser car elle ne nécessite que la connaissance de la masse des différents éléments dans un mélange, et non de leurs liaisons chimiques complexes. Elle est utile lorsque les données détaillées font défaut, mais les chercheurs l'ont jugée moins fiable. Elle traite tous les éléments comme s'ils avaient une valeur égale, ce qui signifie qu'elle ne peut pas distinguer un métal rare et critique d'un métal commun s'ils sont présents en quantités identiques. Elle ignore également la difficulté chimique de les séparer. Bien que cette méthode offre un moyen de gérer les données incomplètes, elle sacrifie la précision physique nécessaire pour comprendre véritablement la perte de valeur des ressources.
Pour que ces mesures soient applicables dans des évaluations réelles, les chercheurs ont proposé une nouvelle façon de définir les limites de l'étude. Ils ont suggéré que tout matériau entrant dans un système sans chaîne d'approvisionnement préalable soit compté comme une ressource dotée d'une valeur intrinsèque, et que la valeur des sous-produits soit partagée en fonction de leur potentiel physique plutôt que de leur prix de marché. Cela garantirait que la charge environnementale soit répartie équitablement entre tous les extrants d'un processus. Pourtant, la mise en œuvre de cela nécessite un changement majeur dans la collecte des données. Les bases de données actuelles devraient être mises à niveau pour inclure les compositions chimiques spécifiques et les propriétés thermodynamiques de chaque flux, du minerai brut au produit final et à ses déchets.
Les auteurs concluent que, bien que les outils pour mesurer la dissipation des ressources existent, ils ne sont pas encore prêts pour une utilisation généralisée dans les rapports environnementaux standards. La méthode la plus précise, basée sur l'exergie chimique, est scientifiquement solide mais actuellement trop gourmande en données pour une application de routine. Les méthodes statistiques plus simples sont plus accessibles mais manquent de la profondeur nécessaire pour capturer la complexité réelle de la valeur des ressources. Pour que le domaine progresse, la communauté scientifique doit travailler à la standardisation de la collecte de données chimiques détaillées. Ce n'est qu'à cette condition que nous pourrons mesurer avec précision la part de notre héritage naturel qui est perdue par dissipation et prendre des décisions réellement éclairées sur la circularité de nos systèmes industriels.
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