Scenario Based Dynamic Material Flow Analysis of Dutch Macro Infrastructure Stocks: Assessing Future Material Demand and Circularity Potentials

Résumé Technique : Analyse de Flux de Matières Dynamique Basée sur des Scénarios pour les Stocks d'Infrastructures Macro-structurelles Néerlandais

Problématique
L'atteinte de la circularité dans les systèmes d'infrastructure nécessite la récupération efficace des matières premières secondaires des stocks en fin de vie (EoL - End-of-Life) afin de compenser la demande future en matières vierges. Bien que les Pays-Bas possèdent un stock d'infrastructures bien développé qui arrive maintenant au terme de sa durée de vie conçue (principalement construit dans les années 1960–1970), il existe une lacune importante dans la recherche concernant la quantification de la disponibilité future des matières secondaires issues des macro-infrastructures non liées au bâtiment. Les études existantes se concentrent souvent sur les bâtiments ou des secteurs spécifiques comme la mobilité, négligeant les infrastructures de l'eau, des services publics et des combustibles fossiles. De plus, une distinction critique existe entre le potentiel de récupération théorique et la circularité réelle en « boucle fermée », où les matériaux conservent leur fonctionnalité et leur valeur d'origine. Une grande partie de la récupération actuelle aux Pays-Bas implique le décyclage (par exemple, le béton concassé utilisé comme remblai routier), ce qui ne parvient pas à réduire efficacement la demande en matières primaires. Cette étude répond à la nécessité de quantifier la demande future en matériaux et le potentiel de circularité en boucle fermée pour l'acier, le béton et l'asphalte dans les macro-infrastructures néerlandaises sous divers scénarios de transition.

Méthodologie
L'étude utilise un modèle d'analyse de flux de matières dynamique (dMFA) basé sur les stocks, conceptualisé selon le cadre de Müller (2006). L'analyse couvre la macro-infrastructure (hors bâtiments) à travers cinq catégories : Autoroutes et chemins de fer, Eau, Pétrole et gaz, Électricité, et Services publics (Utility). Les trois matériaux de base analysés sont l'acier, le béton et l'asphalte, qui constituent plus de 90 % de l'utilisation de matériaux en poids dans ces secteurs.

• Sources de données : Le développement historique des stocks, l'intensité matérielle et les durées de vie moyennes (1950–2023) ont été collectés à partir de la base de données SUBLIME.
• Modélisation de la durée de vie : Une fonction de distribution de Weibull a été utilisée pour modéliser les courbes de survie de la durée de vie des infrastructures, comme recommandé pour les actifs à longue durée de vie.
• Développement de scénarios : Trois scénarios distincts ont été développés pour capturer l'incertitude future :
  • Scénario de Référence : S'aligne sur les projections centrales des propriétaires d'actifs et les tendances actuelles.
  • Scénario de Faible Demande : Suppose des incitations réglementaires limitées et un progrès technologique lent.
  • Scénario de Haute Demande : Suppose une transition énergétique ambitieuse, des interventions politiques fortes (ex: mandats de récupération) et une infrastructure de recyclage avancée.
• Quantification : Le stock de matière futur ($MS$) est calculé en utilisant le nexus stock-flux-service : $MS = Pop \times (S/Pop) \times (M/S)$, où $Pop$ est la population, $S/Pop$ est la exigence d'infrastructure par habitant, et $M/S$ est l'intensité matérielle.
• Métriques de circularité : L'étude distingue le Potentiel de Fourniture Maximum (flux de sortie théorique) du Potentiel de Récupération Réel (tenant compte des pertes systémiques). Crucialement, elle calcule la Circularité en Boucle Fermée (CLC), définie comme le pourcentage de la demande totale de matériaux satisfaite par des matériaux secondaires réutilisés au même niveau de fonctionnalité, en excluant explicitement le décyclage.

Résultats Clés
L'analyse projette les flux de matières de 2024 à 2070 sous les trois scénarios :

• Tendances de la demande de matériaux :

  • Acier : La demande annuelle devrait augmenter considérablement de 94 à 104 % d'ici 2070 par rapport aux niveaux de 2024, principalement tirée par l'expansion des infrastructures énergétiques (éolien offshore/onshore, solaire).
  • Béton : La demande devrait augmenter de 58 à 94 %, poussée par les réseaux de services publics et les fondations d'énergies renouvelables.
  • Asphalte : La demande reste relativement stable, avec une augmentation projetée de seulement 1 à 2 %, car le réseau routier est mature et la demande est tirée par le remplacement plutôt que par l'expansion.

• Offre et Potentiel de Récupération :

  • Acier : L'offre théorique de fin de vie pourrait répondre à 74–86 % de la demande future. Cependant, en raison de la dépendance aux exportations, de la contamination (ex: chrome hexavalent) et des barrières réglementaires (NEN-EN 1090), la circularité en boucle fermée réalisée est estimée entre 31 et 40 %.
  • Béton : L'offre théorique pourrait répondre à 71–83 % de la demande. Cependant, le décyclage généralisé en fondations routières de faible valeur limite la circularité en boucle fermée réalisée à 3–23 %.
  • Asphalte : L'offre théorique pourrait répondre à 92–101 % de la demande. Grâce à des cadres de recyclage matures et une utilisation élevée de l'enrobé de récupération (RAP), la circularité en boucle fermée réalisée est estimée entre 50 et 85 %.

• Changements Sectoriels : D'ici 2070, l'infrastructure énergétique devrait représenter la majorité des stocks et des flux de sortie d'acier (50–60 %) et de béton (42–56 %), s'éloignant de la dominance historique des autoroutes et des services publics.

Principales Contributions

1. Portée Complète : L'étude élargit le champ de l'analyse des flux de matières au-delà des bâtiments et de la mobilité pour inclure les infrastructures d'eau, de services publics et d'énergie, offrant une vue holistique des stocks de macro-infrastructures néerlandais.
2. Différenciation de la Circularité : Elle quantifie explicitement l'écart entre la récupération théorique et la circularité en boucle fermée, soulignant que les taux de recyclage élevés (ex: 98 % pour les déchets de construction) masquent souvent un décyclage important qui ne parvient pas à remplacer les matières vierges.
3. Sensibilité des Scénarios : L'analyse démontre comment l'ambition politique et le progrès technologique (spécifiquement dans le scénario Haut) peuvent améliorer considérablement les résultats de circularité, le scénario Haut atteignant jusqu'à 13–35 % de circularité en plus que le scénario de Référence.
4. Identification des Goulots d'Étranglement : L'étude identifie des barrières systémiques spécifiques, notamment le manque de capacité nationale de Fours à Arc Électrique (EAF) pour l'acier structurel, les normes de qualité strictes empêchant la réutilisation de haute valeur du béton, et les défis logistiques liés au stockage de l'asphalte récupéré dans les régions urbanisées.

Signification et Revendications
Les auteurs affirment que ces conclusions fournissent une compréhension systémique du potentiel de circularité des matériaux dans le secteur des macro-infrastructures néerlandais. L'étude soutient que si le potentiel théorique existe pour satisfaire une grande majorité de la demande future en matériaux avec des ressources secondaires, les inefficacités systémiques actuelles limitent la circularité réelle en boucle fermée à une fraction de ce potentiel.

L'article conclut qu'une récupération complète des stocks de matières en fin de vie pourrait réduire la demande annuelle de matières vierges de 16 à 49 % entre 2024 et 2070. Cette réduction est présentée comme un composant critique pour atteindre l'objectif de zéro émission nette des Pays-Bas d'ici 2050. Les auteurs soulignent que la réalisation de ce potentiel nécessite une approche synergique intégrant :

• Innovation Technologique : Spécifiquement, l'upcycling du béton à haute performance et la réutilisation au niveau des composants de l'acier structurel.
• Intervention Politique : Des mandats de récupération plus forts, des incitations pour les matériaux secondaires et des cadres réglementaires mis à jour (ex: aller au-delà des contraintes NEN-EN 1090).
• Interventions de Conception : Prioriser la conception pour le démontage (design-for-disassembly), la modularité et la traçabilité des matériaux.

L'étude positionne les Pays-Bas comme un cas représentatif pour d'autres nations précocement industrialisées confrontées à des défis similaires d'infrastructures vieillissantes, offrant des enseignements transférables pour la transition vers une circularité infrastructurelle.