C7_Pratiques durables et Économie circulaire PDF

Sous l’angle de l’économie circulaire et des pratiques durables Pierre-Olivier Lemire 1 novembre 2024 GAE1045 Responsabilité sociale et gestion des parties prenantes des entreprises 1 Plan de cours...

Sous l’angle de l’économie circulaire et des pratiques durables Pierre-Olivier Lemire 1 novembre 2024 GAE1045 Responsabilité sociale et gestion des parties prenantes des entreprises 1 Plan de cours 1. Hiérarchie des 3RV-E 2. Économie circulaire 3. Exemples d’efficacité et d’optimisation 4. Principes et fondamentaux en matière d’énergie 1. Hiérarchie des 3RV-E 3  Hiérarchie des 3RV-E : Priorisation des actions Écologie de la demande Réduction & Sobriété Le meilleur déchet est celui qu’on ne produit pas! Les réductions se produit par le volontariat, la réglementation ou la pauvreté. Comment réduire la demande en contexte de croissance économique et démographique ? Écologie de l’offre Récupération Créer de la croissance par l’efficacité et Triage l’efficience Recyclage/Réutilisation Croissance intelligente (rentabilité & soutenabilité)  Logique des 3RV-E – Hiérarchie des pratiques durables Réduire à la source Réemployer /Réutiliser Recycler Valoriser Éliminer http://www.govsgocircular.com/media/1354/governments-going-circular-dgz-feb2015.pdf  Le rêve du Découplage Au global, on pourrait faire l’économie d’entre 10-30% des ressources utilisées (Bourg, 2014) Comment atteindre en partie le DD par le découplage entre la croissance économique, les impacts environnementaux et la consommation des ressources? 6 2. L’économie circulaire 8 Économie circulaire 9 Économie circulaire Trois domaines d’action Sept piliers ADEME, 2015 Économie Circulaire Trois domaines Sept piliers ADEME, 2015 11  Qu’est-ce que l’Économie Circulaire? Approche globale, systémique et transdisciplinaire qui appelle à une refonte et une restructuration générale de la société industrielle à travers nos modes de production et de consommation. Nécessité de tenir compte de la finitude des ressources naturelles pour mieux en faire l’économie et limiter la quantité de déchet produite. « Système de production, d’échange et de consommation visant à optimiser l’utilisation des ressources à toutes les étapes du cycle de vie d’un bien ou d’un service, tout en réduisant l’empreinte environnementale et en contribuant au bien-être des individus et des collectivités » (CIRANO, 2021). Pour ce faire, il y a un besoin « de prendre en compte, dès leur conception, la durabilité et le recyclage des produits ou de leurs composants de sorte qu’ils puissent redevenir soit des objets réutilisables soit des matières premières nouvelles, dans un objectif d’améliorer l’efficacité de l’utilisation des ressources » (CND, 2013). 12 Économie linéaire (End-of-pipe) Ressources Résidus naturelles Schalchli, P. (2009). Mettre en oeuvre une démarche d'écologie industrielle sur un parc d'activités. 13 Économie linéaire (End-of-pipe) 14 Circular Economy vs. Linear Economy  Économie circulaire (12 stratégies) Le transport permet le bouclage et la recirculation des flux Recycle et valoriser Remanufacture Re-use Fermer les boucles de ressources par l'économie circulaire Source: Ellen MacArthur Foundation  Quelques défis de l’ÉC Défi #1 - Économie circulaire Données fiables sur les flux de matière Le partage des données de qualité entre les acteurs de la chaîne de valeur Défi #2 - Comportement des consommateurs Augmenter le taux de capture pour le recyclage Défi #3 - Technologies de tri et recyclage Augmenter efficacité, diminuer coûts, augmenter valeur des produits triés Défi #4 - Éco-conception Éliminer contaminants et emballages non-recyclables Bien trier la matière ! Les flux de matériaux sont de deux sortes : Matériaux biologiques, susceptibles de réintégrer la biosphère. Matériaux techniques, destinés à être revalorisés dans la technosphère. van Dijk, S., Tenpierik, M., & van den Dobbelsteen, A. (2014). Continuing the building's cycles: A literature review and analysis of current systems theories in comparison with the theory of Cradle to Cradle. Resources, Conservation and Recycling, 82, 21-34. 20 Défi #5 - Logistique inverse “Reverse logistics” Transport nécessaire pour fermer les boucles de matières ; Toutes les opérations liées à la réutilisation des produits et des matériaux en vue de leur valorisation ou de leur élimination appropriée ; Tout processus logistique ou de gestion après la vente ; De nouveaux modèles économiques pour l'économie circulaire afin d'alléger le fardeau du client. Performance de l'économie circulaire Les boucles de récupération des flux de matière au niveau mondial représentent : 9.1 % en 2018 8.6 % en 2020 7.2 % en 2023 43 Gt 16 Gt 10 Gt 16 Gt 35 Gt 25 Gt 7 Gt 22 Pourquoi c’est important de récupérer et recycler? Les déchets: un coût à gérer ou une ressource à valoriser !? Faible contribution au PIB pour un impact fort Bouchery, Y., Corbett, C. J., Fransoo, J. C., & Tan, T. (2016). Sustainable Supply Chains. 23 Chaque année, plus de 92 milliards de tonnes de matières premières sont consommées : de la biomasse, des métaux, des combustibles fossiles et des minéraux, et ce chiffre croît à hauteur de 3,2 % par an. Les ressources sont aujourd’hui extraites de la planète trois fois plus vite qu’en 1970, bien que la population n’ait fait que doubler depuis lors. 3. Exemples d’efficacité et d’optimisation 25 Stratégie d’efficacité par substitution d’une ressource par une autre moins impactante pour l’environnement. 26 Stratégie d'efficacité en imprimant sur les deux côtés du papier 27 Stratégie d'efficacité en rendant le même service avec moins de MP 28  Stratégie d’optimisation Double objectifs: (1) Générer de la chaleur (confort thermique, bouillir eau, préparer nourriture). (2) Faire évaporer l'eau du bois qui alimente le feu Problème: Comment optimiser la configuration, l'aménagement du feu pour faire les deux simultanément? 29  Stratégie d’optimisation Technique d’agroécologie millénaire de cultures complémentaires par diversification 30  Stratégie d’optimisation par la mutualisation des services Affiche de propagande anti-nazie diffusée par le gouvernement des États-Unis pendant la 2e Guerre mondiale pour encourager le covoiturage parmi les citoyens des États-Unis afin de conserver l'essence pour la guerre. Illustrée par le peintre américain Weimer Pursell, l'affiche originale a été commandée et distribuée par l'Office of Price Administration du gouvernement américain en 1943 dans le cadre des efforts nationaux visant à encourager le rationnement et la conservation des ressources. 31 Nourrir les animaux avec les co-produits de transformation alimentaire (maïs, blé, avoine, fruits, chocolat, etc.) Stratégie d’optimisation par substitution 32  Stratégie d’optimisation National Agricultural Institute (1949) Stratégie de mutualisation 34  Le défi des restaurants zéro déchet Le pub La Cale, situé dans le quartier Rosemont, à Montréal, s’est mis au défi de ne produire aucun déchet, ou presque. L’épicerie est allée à la rencontre des artisanes, des artisans et des fournisseurs de ce restaurant pour comprendre l’organisation que nécessite une telle démarche. https://www.youtube.com/watch?v=tdma1hvirlo Les ventes d'objets usagés en hausse Près de 80 % des gens participent à l'économie de seconde main et plusieurs le font pour des raisons écologiques. https://ici.radio-canada.ca/info/videos/media-8174610/ventes-objets-usages-en-hausse Stratégie de substitution 3RV : Réduire, Réutiliser, Recycler et Valoriser ? Bibliothèque d’outils La Remise : Bricoler sans s'encombrer Dans cette bibliothèque, pas de livres… mais des outils, du partage et des ateliers ! Stratégie de mutualisation https://www.youtube.com/watch?v=BjvAOiT8rM4 3RV : Réduire, Réutiliser, Recycler et Valoriser ? Briques en textile Transformer des vêtements usagés en briques écologiques, c'est l'idée anti-gaspillage derrière FabBRICK. https://www.youtube.com/watch?v=3UrBgMf1554&ab_channel=BrutAmerica Stratégie de substitution  Ce camion poubelle roule au plastique Ces camions poubelles roulent grâce aux déchets plastiques qu'ils collectent, qui sont ensuite transformés en carburant. https://youtu.be/ny9ST8pp9J0 3RV : Réduire, Réutiliser, Recycler et Valoriser ?  Un procédé Québécois pour recycler le polystyrene Au Québec, 80% du polystyrène (PS) (plastique #6) termine au site d’enfouissement. Le PS est présent dans les couvercles à café à usage unique, les pots de yogourt ou les blocs blancs soufflés pour l’emballage et la protection des produits. La récupération et le recyclage du PS est difficiles, car celui-ci comporte de gros volumes et de faibles poids, ce qui signifie que son transport cout cher. Polystyvert, à Anjou, est une entreprise spécialisée dans le recyclage du polystyrène, ceux-ci ont développé un procédé de dissolution du PS dans un solvant. Sous la forme liquide, on peut transporter dix fois plus de PS dans un même chargement. Ainsi, les blocs de polystyrène peuvent être dissouts directement chez l’entreprise qui les génère et être acheminés vers Polystyvert pour y être recyclés. Ultimement, le PS liquide est traité pour en faire des granules pures à 99% et prête à être réutilisé, et le solvant est réutilisé dans le procédé. https://youtu.be/iKxqkKmc_SA Un modèle local Soleno prend les plastiques #2, polyéthylène haute densité (PEHD) (les bouteilles de lessive opaque ou les bidons de lave-vitre), ceux-ci proviennent des citoyens qui ont mis ces matières dans le bac de récupération, ceux-ci ont été triés et mis en ballot dans un centre de tri, et expédiés à l’usine de Soleno sur la Rive-Sud, proche de Victoriaville. Ces matières plastiques ont été transformées en canalisations utiles pour la gestion de l’eau pluviale dans les secteurs des infrastructures municipales, résidentiels, et en aménagement agricole. https://youtu.be/43IAShI0oj8  Eka Chimie situé à Magog près de Sherbrooke, produit du chlorate de sodium (NaClO3) qui est un produit utilisé notamment par les papetières pour le blanchiment de la pâte. Lors du procédé de production, dans la réaction chimique pour produire le chlorate de sodium, un sous-produit est généré de l’hydrogène sous forme gazeuse. Cet hydrogène est alors comprimé et est acheminée via un pipeline chez Messer une entreprise de l’autre côté de la rue, qui le liquéfie et le vend à ses clients. Ainsi, un rejet est transféré à son voisin qui l’utilise comme matière première.  Livraison vélo et vélo-cargo électrique à Montréal Exemple Purolator & La roue libre Alain Gravel, Radio-Canada (2022) Le Choc Environnemental 42 min 34 sec https://ici.tou.tv/le-choc- environnemental/S01E01?lectureauto=1  Stratégie de mutualisation Mais, les courtiers dispatch déjà certains camions. En Europe, c’est une pratique généralisée et encouragée. Problèmes au Québec: configuration du territoire, synchronisation et complémentarité Souvent les camions amènent vers les grands centres, mais n’ont rien à ramener en région. Absence de communication, flotte de quelques compagnies ensemble qui partage l’information Les camions ont des formes et des spécialités variées (camion de bois, citerne de lait, etc.) Salubrité et contrôle qualité selon le type de matières 45 46  Trafic mondial de conteneurs En 2018, il y avait 58,000 navires de commerce dans le monde, dont 5200 porte-conteneurs. En 2020, il existait entre 43 à 72 M de conteneurs (TEU) dans le monde. En 2019, ~800 M de conteneurs (TEU) ont transité dans les différents ports du monde. Le trafic des porte-conteneurs a augmenté de manière impressionnante et fait désormais peser une menace sur la sécurité des océans. L'équivalent vingt pieds (EVP) Twenty-foot equivalent unit (TEU) EVP : 21 413 Tonnage : 210 890 Longueur : 400 m Largeur : 59 m Hauteur : 2.6 m (8.5") Largeur: 2.4 m (8") Longueur: 6.1 m (20") Volume: 38.5 m3 OOCL Hong Kong (Orient Overseas Container Line) 47  Double problèmes 1. Les conteneurs vides qui reviennent aux points d’origine En général, entre 10-50 % des conteneurs sont vides lors du retour. « Sur la route Europe-Asie, les ports européens connaissent un fort excédent de conteneurs vides, tandis que les ports asiatiques sont confrontés à de graves pénuries. […] En 2004, près de la moitié des conteneurs se déplaçant vers l'ouest en direction de l'Europe du Nord ont été renvoyées vides. » (Song & Carter, 2009). 2. Le taux de remplissage moyen des conteneurs 3 solutions : Forcer les triangles, optimiser la chaine et mieux remplir les conteneurs Une startup optimise le transport grâce à l’informatique https://fb.watch/4bHcgD_V1M/ Impacts environnementaux MDO: Marine diesel oil HFO: Heavy fuel oil Impacts environnementaux https://slideplayer.com/slide/13705725/ 51  Bilan énergétique du Québec (2021) 48 TWh (7%) 220 TWh (31%) 182 PJ (7%) 31 TWh (4%) 9.9 G m3 (15%) 148 M barils (35%) Potentiel de l’efficacité énergétique La meilleure énergie est celle que l’on ne consomme pas! C’est pourquoi l’efficacité énergétique est si importante et prometteuse. Près de la moitié, de l’énergie totale au Québec est perdue et n’apporte aucune valeur ajoutée à l’économie. Selon HQ, Énergir et MELCCFP, il est techniquement et économiquement possible de réduire ou d'éviter 14 % de la consommation annuelle d'électricité, 13 % de celle du gaz naturel et 24 % de celle des produits pétroliers.  Électricité au Québec Le plus vaste réseau de transport d’électricité en Amérique du Nord avec 35 k km de lignes et 18 interconnexions pour l’import/export. Consommation d’énergie par temps froid au Québec 21,652 MW 2 Février 2023 HQ se prépare à faire face à un record de demande d'électricité, au-delà des 41 000 mégawatts (MW), le 3 et 4 février 2023. Hydro-Québec est à la veille d'affronter la plus grosse pointe hivernale de son existence. C'est une pointe historique, décrit une cadre de la société d'État.  Prix de l’électricité au Québec et ailleurs 429 $ Les tarifs d’Hydro-Québec pour la clientèle résidentielle sont les plus bas d’Amérique du Nord. Depuis plus de cinquante ans, le prix de l’électricité au Québec augmente à peu près au même rythme que l’inflation. 272 $ France Allemagne  Électricité ($CA 2020) Québec : $0.08/kWh Allemagne : $0.41/kWh France : $0.25/kWh Essence ($CA 2022) Québec : $2.16/L France : $2.83/L USA : $1.67/L Gaz naturel ($CA 2022) Québec : $11.1/GJ France/Europe : Moy. France 2021 : $29/GJ Guerre Ukraine 2022 : $113/GJ USA : $10.34/GJ  4. Principes et fondamentaux en matière d’énergie Thermodynamique : Thermo : Chaleur Dynamique : Mouvement, Force Étude des relations entre les phénomènes mécaniques et thermiques. 60  Qu’est-ce que l’énergie, ou plutôt, de quoi cette chose est-elle le nom ? Pour un économiste/comptable : Une facture d’électricité ou de carburant (solide, liquide, gazeux) Pour un ingénieur : Quelque chose que l’on doit économiser. Comment optimiser un système existant ou développer un nouveau système plus efficace/efficient qui consomme moins? Pour un artiste ou un philosophe : La force que l’on ressent un matin où on est en forme, en capacité de créer. La capacité d’action à un instant t. Pour un thermodynamicien : La force qui permet de transformer et d’organiser le monde. La capacité d’un système à produire un travail matériel en fonction d’une durée de temps. ↓ ou ↑ une T⁰ ; Changer une forme ; Raffiner la matière ; Parcourir une distance ; ↓ ou ↑ une vitesse ; Lever une charge ; Transfert ou stockage électrique ; Éclairer ; Émettre une onde sonore ; etc. Grandeur d’un système physique (joules, calories, wattheures, etc.) qui évalue dans quelle mesure il est possible de modifier d’autres systèmes en effectuant un certain travail en fonction d’une certaine période.  Définition quantitative de l’énergie et démonstration de l’équivalence entre travail (énergie mécanique) et chaleur (énergie thermique) Dans le milieu des années 1840, l'expérience de James Prescott Joule a permis d'établir l'équivalence entre travail (énergie mécanique) et chaleur (énergie thermique). L’expérience consiste à agiter un fluide en lui fournissant un travail connu et à mesurer l'élévation de température qui en résulte. En forçant le passage de l'eau à travers un cylindre perforé, Joule mesure l’échauffement du fluide qui est l'équivalent de 4.184 J/cal. 1 Calorie thermique = 4.184 Joules mécaniques James Prescott Joule 1 Joule mécanique = 0.239 Calorie thermique 1 Joule : L'énergie requise pour soulever un objet sur Terre de 102 grammes d'un mètre (1 joule = 1 newton-mètre = 1 kg m2 s-2) Un newton (1 N = 1 kg m s−2) représente la force nécessaire pour accélérer une masse de 1 kg à une vitesse d’accélération de 1 m s-2. Sur la planète Terre, l’accélération induite par la gravité est de 9.8 m s-2. Donc, 1 Newton / 9.8 m s-2 = 0.102 kg L'appareil ayant servi dans 1 Calorie : L'énergie requise pour élever la température d'un gramme d'eau de 1 °C de l'expérience de Joule pour 14.5 °C à 15.5 °C à pression atmosphérique normale (1 atm). mesurer l'équivalent mécanique de la chaleur.  Différence entre puissance et énergie Puissance (Watt, cheval-vapeur) et Énergie (kilowatt-heure, kilocalorie, joule, etc.) La puissance est égale à l’énergie divisée par le temps 1 Watt = 1 Joule / 1 seconde L’énergie est égale à la puissance multipliée par le temps 1 Joule = 1 Watt * 1 seconde Hydro-Québec (2017). https://www.youtube.com/watch?v=tGs0UXa0GRQ Exemple de ce qu’est l’énergie! Olympic cyclist vs. a toaster of 700 W 0.75 kilowatt (kW) ≈ 1 hp (cheval-vapeur) Energy (kcal) = avg power (Watts) * duration (hours) * 3.6 3600 seconds/hour * 1/1000 kJ/J * 1/4.184 (Calories/kJ) * 1/0.24 (HEE) = 3.6 ~1000 kcal = 140 W * 2 h * 3.6 ~1000 kcal = 1.16 kWh = $0.08 chez HQ https://youtu.be/S4O5voOCqAQ = = = = = ~ 1000 kcal 100-150 ml 250-300 g bois 19.3 lampes de 0.05 mg carburant ↑ T° m3 eau 60 W pendant d’uranium-235 liquide de 1°C à 1 atm une heure Puissance énergétique primaire disponible Térawatt (TW), 109 kW Milliards de kilowatts Pétrole et hydrocarbures = Vieux Soleil Sikdar et al. (2016). Measuring progress towards sustainability: a treatise for engineers.  31% 25% ~80 % 23% 6% 6% 4% ~20 % 2% 1% 1% 1% ← masse molaire (g/mol) Problème de l’efficacité lors de la conversion de l’énergie  Ex. : Une voiture Le moteur utilise du carburant (énergie chimique) pour produire de l’énergie mécanique et de la chaleur. Rendement de conversion : 30-40 % Énergie mécanique – Déplacer la voiture et vous-même sur la route Chaleur – Frottement des pneus sur la chaussée, frictions des pièces du moteur, chauffage de l'air ambiant et de l'habitacle. Énergie électrique, lumineuse, acoustique – Utilisation d’un alternateur pour allumer les phares et écouter de la musique. Utilisation typique de l'énergie dans une voiture Système thermodynamique Rendement énergétique (Énergie utile / Énergie totale) Voiture essence : 30-36 % Voiture diesel : 35-42 % Moteur à fioul lourd : 45-50 % Turbine à gaz : 35-37 % Turbine à cycle combiné gaz + vapeur : 56-63 % Turbine en cogénération (Électricité + chaleur) : 60-90% Turbine en trigénération (Électricité + chaleur + froid) : 90-95% Turbine en polygénération (Utilisation CO2, purification de l’eau, raffinage chimique) Turbine hydraulique : 80 % Alternateur et moteur électrique : 95 % Working Model of Stephenson's STEAM ENGINE made of GLASS https://www.youtube.com/watch?v=73txXT21aZU  Efficacité maximale des principaux moteurs La machine à vapeur de Newcomen transformait 1% de l'énergie du charbon en énergie mécanique. Les plus récentes turbines à cycle combiné transforment 60% de l'énergie du gaz en électricité. Ce graphique résume deux siècles d'améliorations techniques et d'efficacité accrue dans l'utilisation de l'énergie primaire. Smil, V. (2010). Energy transitions: history, requirements, prospects. ABC-CLIO. Principes de la thermodynamique Premier principe, la conservation de l'énergie en quantité L’énergie totale d’un système isolé se conserve (reste constante). L’énergie est invariable, elle ne peut être ni créée ni détruite (par contre elle se transforme). « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme » - Lavoisier L’énergie est échangée sous forme de transfert thermique et de travail. U : Énergie interne du système thermodynamique Q : transfert thermique avec le milieu extérieur W : travail échangé avec le milieu extérieur Thermodynamique – Cycle de Carnot Variation de la pression en fonction du volume et de la chaleur Compression Heat In A A – B : Chauffage B – C : Détente/Expansion C – D : Refroidissement D – A : Compression B D C Expansion Heat Out https://youtu.be/3Xl4Grox0y0  Deuxième principe de la thermodynamique La non-conservation de l’énergie en qualité Énergie ne peut pas être créé ni perdu, elle se dégrade. Principe d'irréversibilité Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se dégrade. Entropie: Grandeur physique qui permet d’évaluer la dégradation de l’énergie. Démontrer l’entropie grâce à la statistique moléculaire Équation cinétique de Boltzmann Principe d'évolution ; création d'entropie, 𝑆 où 𝑲𝑩 est la constante de Boltzmann (𝑲𝑩 ≈ 1,4 × 10−23 J K−1); Ω est une mesure de la dégénérescence de l’état du système. L'évolution thermodynamique d'un système vers l'équilibre correspond au passage d'un état initial à un autre état statistiquement plus probable. Boltzmann suppose le chaos moléculaire.  Le caractère aléatoire d’une distribution est un indicateur de l'entropie L’énergie sert à réduire l’entropie d’un système en créant de l’ordre. Bcq d’entropie, peu d’ordre Peu d’entropie, bcq d’ordre Entropie: Grandeur physique qui permet d’évaluer la dégradation de l’énergie dans un système thermodynamique. Thermodynamique : Limite à l’efficacité des machines Principes de la Thermodynamique 1. Conservation de l'énergie en quantité : État d’équilibre des bilans. 2. Non conservation de l’énergie en qualité. Entropie: La dégradation inévitable de l’énergie et de la matière. Principe d'irréversibilité. Récapitulatif – Thermodynamique et entropie Crise énergétique ? Crise de l'entropie ! https://www.youtube.com/watch?v=2Z9p_I3hhUc&ab_channel=ScienceEtonnante L'énergie est indestructible - Machines thermiques #1 https://www.youtube.com/watch?v=lpGmwNewze8 Où part l'énergie ? - Machines thermiques #2 https://www.youtube.com/watch?v=tTy7IepAt3k&ab_channel=monsieurbidouille La machine parfaite - machines thermiques #3 https://www.youtube.com/watch?v=3Xl4Grox0y0&ab_channel=monsieurbidouille