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Contexte général• Pénurie des ressources et « pics »• Croissance de la population & amélioration du  niveau de vie• Deux v...
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Questions de recherche• Canton de Genève  – Quelle sera l’évolution de l’utilisation des ressources dans le    canton ?  –...
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Canton de Genève : Etudes de cas• 3 études de cas avec de la modélisation :   – Cuivre (métal)   – Phosphore (nutriment ag...
Canton de Genève : Etudes de cas (2)• Scénarios « Business as Usual » + scénarios  alternatifs• Période de simulation : 20...
Cuivre : Introduction• Le troisième métal le plus utilisé dans le monde• Usages : construction, télécommunications,  trans...
Cuivre : Résultats                     Flux:                     importations                     exportations            ...
Cuivre : Recommandations• Développement des substituts  ‒ Mais: les impacts environnementaux (p.ex. aluminium)• Augmentati...
Phosphore : Introduction• Indispensable dans  l’agriculture  => essentiel pour la  sécurité alimentaire• La source princip...
Phosphore : Résultats                  Flux:                  importations                  exportations                  ...
Phosphore : Recommandations• But : plus de recyclage, moins de dissipation  – Taux de recyclage des déchets en P est de se...
Bois : Introduction• Les forêts représentent 10 % de la surface du canton• Le bois produit dans le canton est de qualité  ...
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Lithium : Introduction• Lithium dans le contexte de la mobilité électrique  – Voitures à essence et diesel remplacées par ...
Lithium : Résultats• Environ 250’000 véhicules dans le canton =>  remplacement avec des voitures électriques  nécessiterai...
Lithium : Recommandations• Transition vers mobilité électrique augmenterai la  demande de lithium de façon spectaculaire• ...
Systèmes de support vie spatiaux• Systèmes fournissant de  l’oxygène, de l’eau et de la  nourriture pendant une  mission s...
Systèmes de support vie spatiaux (2)• But : comparer ARES et BIORAT en termes  d’utilisation des ressources1. Définition d...
ARES & BIORAT : Comparaison• BIORAT recycle O2 plus efficacement• Mais : pour la même  quantité d’O2,  la consommation  d’...
Systèmes de support vie spatiaux :           Enseignements• Des systèmes exemplaires en termes d’optimisation  de l’utilis...
Conclusion• Utilisation des ressources était étudiée avec des  outils de modélisation quantitative   – Premier modèle dyna...
Conclusion (2)• Les résultats ne sont ni prédictifs ni prescriptifs   – Pas de notion de probabilité   – Prise en compte d...
Je vous remercie de votre attention !                     Emilia Suomalainen                     Doctorante IPTEH, UNIL   ...
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Présentation - Modélisation dynamique des flux de ressources

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Présentation - Soutenance publique de thèse, Faculté des Géosciences et de l'environnement, Université de Lausanne, 2012

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Présentation - Modélisation dynamique des flux de ressources

  1. 1. Dynamic Modelling of Material Flows and Sustainable Resource Use Case Studies in Regional Metabolism and Space Life Support Systems Soutenance publique de thèse, le 28 septembre 2012 Emilia Suomalainen, doctorante 28/09/2012 IPTEH, Université de Lausanne
  2. 2. Plan de la présentation• Contexte• Objectif & Questions de recherche• Méthode : Modélisation dynamique• Etudes de cas : Résultats & Recommandations – Canton de Genève • Cuivre • Phosphore • Bois • Lithium – Systèmes de support vie spatiaux• Conclusion 2 28/09/2012
  3. 3. Contexte général• Pénurie des ressources et « pics »• Croissance de la population & amélioration du niveau de vie• Deux volets de l’utilisation durable des ressources : 1. Impacts environnementaux 2. Epuisement des ressources 3 28/09/2012
  4. 4. Contexte institutionnel• Canton de Genève – Loi sur l’action publique en vue d’un développement durable (2001) – Art. 12 sur les ressources naturelles : diminution de la consommation & limitation de la dépendance – Groupe de travail Ecosite• Agence Spatiale Européenne – Projet ALISSE : outil d’évaluation pour les systèmes de support vie spatiaux – « Laboratoire de durabilité » => enseignements pour les systèmes terrestres 4 28/09/2012
  5. 5. Objectifs• Objectif: analyser la durabilité de l’utilisation des ressources avec des méthodes de modélisation quantitative• Intérêt : fournir des informations pour la prise de décision afin de se préparer aux nouvelles contraintes sur les ressources 5 28/09/2012
  6. 6. Questions de recherche• Canton de Genève – Quelle sera l’évolution de l’utilisation des ressources dans le canton ? – A quelles conditions peut-elle être qualifiée de durable ? – Quelles stratégies permettraient de rendre la situation plus durable ?• Systèmes de support vie spatiaux – Comment évaluer la durabilité de ces systèmes ? Quels types d’indicateurs pourrait-on utiliser ? – Comment comparer les différents systèmes ? 6 28/09/2012
  7. 7. Méthode : Analyse de flux de matériaux dynamique• Modèle mathématique basé sur les stocks et flux physiques• Les impacts environnementaux & les aspects économiques ne sont pas pris en compte• Comportement du modèle : – Hypothèse de base : consommation totale = consommation par habitant (constante) * population (fonction de temps) – Paramètres : temps de séjour dans les secteurs économiques, taux de recyclage, etc. 7 28/09/2012
  8. 8. Les résultats du modèle = Une prédiction ?• Pas une prédiction mais une illustration des évolutions potentielles – Cf. le modèle « Limits to Growth » (World2)• Une prédiction implique des notions de probabilité• Le modèle n’est pas directement prescriptif – Interprétation des résultats – Prise en compte des limitations du modèle=> Le modèle permet d’étudier les conséquences de lavariation des paramètres 8 28/09/2012
  9. 9. Canton de Genève : Etudes de cas• 3 études de cas avec de la modélisation : – Cuivre (métal) – Phosphore (nutriment agricole) – Bois (ressource renouvelable)• 1 étude de cas plus qualitative : – Lithium (métal critique) dans une perspective de mobilité électrique 9 28/09/2012
  10. 10. Canton de Genève : Etudes de cas (2)• Scénarios « Business as Usual » + scénarios alternatifs• Période de simulation : 2000/2006–2080• Ressources incluent les importations & la production cantonale (matériaux bruts & produits)• Outil de simulation : Scilab 10 28/09/2012
  11. 11. Cuivre : Introduction• Le troisième métal le plus utilisé dans le monde• Usages : construction, télécommunications, transports, appareils électriques et électroniques, ...• La consommation mondiale augmente de manière exponentielle (4 % par an) 11 28/09/2012
  12. 12. Cuivre : Résultats Flux: importations exportations décharges recyclage 12 28/09/2012
  13. 13. Cuivre : Recommandations• Développement des substituts ‒ Mais: les impacts environnementaux (p.ex. aluminium)• Augmentation du taux de recyclage ‒ Difficile (et coûteux) si le taux actuel est déjà 80 % ? ‒ Peu d’impact sur les importations ‒ Cuivre recyclé à l’extérieur du canton => ne permet pas d’augmenter l’autarcie dans le canton ? Diminution de la consommation ‒ Diminue la dépendance en termes quantitatifs mais ne la supprime pas 13 28/09/2012
  14. 14. Phosphore : Introduction• Indispensable dans l’agriculture => essentiel pour la sécurité alimentaire• La source principale de phosphore : le minerai de phosphate• Principaux producteurs : Chine, Etats-Unis, Maroc • Le pic de phosphate en (Sahara occidentale), 2030 ? (Cordell et al. 2009) Russie 14 28/09/2012
  15. 15. Phosphore : Résultats Flux: importations exportations décharges recyclage exportations (recyclage) eaux 15 28/09/2012
  16. 16. Phosphore : Recommandations• But : plus de recyclage, moins de dissipation – Taux de recyclage des déchets en P est de seulement 16 % – Augmentation annuelle du stock dans les décharges = 80 % des importations nettes• Boues d’épuration : problème des métaux lourds• Recyclage de l’urine : prometteur pour fermer la boucle – Les impacts sur la santé, acceptabilité ?• Recommandation : étudier le recyclage de l’urine (et l’utilisation des boues d’épuration)• Nouvelles solutions technologiques ? ‒ P.ex. capture du phosphore dans l’eau 16 28/09/2012
  17. 17. Bois : Introduction• Les forêts représentent 10 % de la surface du canton• Le bois produit dans le canton est de qualité médiocre – 90 % est utilisé comme bois-énergie• Usages principaux du bois : bois-énergie, bâtiment & construction, emballages, meubles (papier et carton exclus) 17 28/09/2012
  18. 18. Bois : RésultatsFlux: bois énergieimportations incinérationforêts exportations (recyclage) 18 28/09/2012
  19. 19. Bois : Recommandations• Le canton produit seulement 5 % du bois consommé => Dépendance sur les importations• Développement de la ressource dans le canton difficile Recommandation : développement des importations du bois local de l’agglomération franco-valdo-genevoise• Pas de données sur les importations du bois => calculées à partir de la quantité de déchets ‒ Recommandation : rassembler plus d’information sur les stocks et flux de bois 19 28/09/2012
  20. 20. Lithium : Introduction• Lithium dans le contexte de la mobilité électrique – Voitures à essence et diesel remplacées par des voitures électriques – Lithium utilisé dans les batteries des voitures électriques• Sources de lithium – Importations : problèmes géopolitiques ? – L’eau de mer : très énergivore à exploiter – Recyclage : presque inexistant 20 28/09/2012
  21. 21. Lithium : Résultats• Environ 250’000 véhicules dans le canton => remplacement avec des voitures électriques nécessiterait 980 t de lithium• Environ 5’000’000 véhicules en Suisse => 21 kt de lithium (75 % de la production mondiale en 2010) 21 28/09/2012
  22. 22. Lithium : Recommandations• Transition vers mobilité électrique augmenterai la demande de lithium de façon spectaculaire• Recommandation : introduire des mesures de recyclage afin de conserver des ressources faciles à exploiter – Niveau fédéral/européen• Diversification de solutions pour le stockage d’énergie ?• Mobilité électrique dans un contexte plus large de mobilité durable 22 28/09/2012
  23. 23. Systèmes de support vie spatiaux• Systèmes fournissant de l’oxygène, de l’eau et de la nourriture pendant une mission spatiale• 2 systèmes de régénération d’oxygène : – ARES (système chimique) – BIORAT (système biologique) 23 28/09/2012
  24. 24. Systèmes de support vie spatiaux (2)• But : comparer ARES et BIORAT en termes d’utilisation des ressources1. Définition des indicateurs de durabilité – Masse du système, consommation d’énergie, efficacité de l’utilisation de ressources, taux de recyclage, …2. Construction d’un modèle de simulation – Modèle statique – Outil de simulation : Excel 24 28/09/2012
  25. 25. ARES & BIORAT : Comparaison• BIORAT recycle O2 plus efficacement• Mais : pour la même quantité d’O2, la consommation d’énergie de BIORAT = 10 x ARES 25 28/09/2012
  26. 26. Systèmes de support vie spatiaux : Enseignements• Des systèmes exemplaires en termes d’optimisation de l’utilisation des ressources – Fonctionnement quasi-circulaire=> Modèles pour les systèmes terrestres• Différents types de contraintes que sur Terre – Stock de ressources fixe – Facteur limitant : la masse – Pas de problèmes économiques, sociaux, etc. 26 28/09/2012
  27. 27. Conclusion• Utilisation des ressources était étudiée avec des outils de modélisation quantitative – Premier modèle dynamique pour le métabolisme de ces ressources à Genève – Première tentative d’évaluer et de comparer des systèmes de support vie spatiaux en termes de durabilité• Avantages de la méthode utilisée : – Résultats quantitatifs – Possibilité de comparer des scénarios, analyser la continuation des tendances actuelles – Informations sur les phénomènes à long terme, accumulations, feedbacks, etc. 27 28/09/2012
  28. 28. Conclusion (2)• Les résultats ne sont ni prédictifs ni prescriptifs – Pas de notion de probabilité – Prise en compte des limitations du modèle=> Information sur les impacts de la variationdes paramètres• Directions futures : – Etudier plus de ressources ? – Améliorer le modèle ? – Obtenir des données de départ plus précises (MFA statiques)? – Inclure des aspects économiques / impacts environnementaux ? 28 28/09/2012
  29. 29. Je vous remercie de votre attention ! Emilia Suomalainen Doctorante IPTEH, UNIL emilia.suomalainen@unil.ch 29 28/09/2012

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