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Symbiose industrielle et parc éco-industriel (PEI)
La symbiose industrielle est un sous-ensemble de l’écologie industrielle, qui met particulièrement l’accent sur l’échange de flux de matière et d’énergie [6]. Agarwal A. et P. Strachan [7] ont déclaré: « La symbiose industrielle peut être définie comme le partage des services, des utilités, et des sous-produits des ressources entre les divers acteurs industriels afin d’ajouter de la valeur, de réduire les coûts et améliorer l’environnement. » Un parc éco-industriel (PEI) est un type spécial de parc industriel. Dans un PEI, la tentative des entreprises de coopérer avec les autres est de réduire les déchets et la pollution, de partager efficacement les ressources, par exemple, les matériaux, l’énergie, l’eau et ainsi de suite. Il contribue également à la réalisation du développement durable, dans le but d’accroître les gains économiques et d’améliorer la qualité de l’environnement. Le Manuel Parc Eco-industrielle [8] précise que « un parc éco-industriel est une communauté de fabrication et de service des entreprises situées ensemble sur une propriété commune. Les membres cherchent la performance environnementale, économique et sociale accrue grâce à la collaboration dans la gestion des questions environnementales et de ressources ». De nombreux objectifs différents peuvent être identifiés pour l’application d’une approche écologique à la conception et l’exploitation de parcs industriels [9]. Parmi les plus pertinents, il faut inclure:
• la conservation des ressources naturelles,
• la réduction des coûts de production, des matériaux, d’énergie, d’assurance et de traitement et la réduction des passifs,
• la meilleure efficacité d’exploitation, les améliorations de la qualité, de la santé de la population et de l’image publique,
• le revenu potentiel grâce à la vente de matériaux de déchets.
Comme on peut le voir à partir de cette liste d’objectifs, nous pouvons remarquons qu’une approche écologique est synonyme d’une approche économique.
Les risques potentiels de la mise en œuvre d’une stratégie d’échange de ressources dans un PEI [10] sont principalement :
• Un PEI ne peut généralement pas être éternellement stable. Entreprises utilise les uns des autres produits résiduels comme entrées. Par conséquent, si une usine ferme ou change sa gamme de produits, un PEI devra faire face à la nécessité de l’évolution.
• Les renseignements exclusifs pourraient devenir disponibles pour les concurrents. Ainsi, la construction d’un PEI a besoin d’un moyen sécurisé pour échanger des informations entre les industries.
Exemples des parcs éco-industriels
Parc Kalundborg, Danemark
L’exemple le plus célèbre et la plus ancienne de la symbiose industrielle est le parc éco-industriel de Kalundborg au Danemark [11]. Ce projet a émergé dans les années 1970.
Le développement de la symbiose industrielle à Kalundborg a été décrit comme un processus évolutif dans lequel un certain nombre d’échanges de sous-produits indépendants ont progressivement évolué en un réseau complexe d’interactions symbiotiques entre les sociétés locales et la municipalité [10] [12]. Une caractéristique essentielle du Kalundborg est que le matériel et les échanges d’information sont pris en charge par des liens émotionnels forts qui unissent les gestionnaires et le personnel des différentes entreprises situées dans la zone. Selon les informations locales, les échanges de projets sont distingués en deux catalogues: échanges à court terme et échanges à long terme. En générale, les projets à court terme sont durant trois mois et les projets à long terme sont durant au moins dix ans. Les projets sont bilatéraux.
Il n’y a pas de stratégies d’optimisation globale à Kalundborg. Les industries cherchent eux-mêmes leurs partenaires.
Parc Kwinana, Australie
Le projet de synergies industrielles dans Kwinana a émergé dans les années 90 par la création du conseil des industries de Kwinana afin de favoriser les interactions positives entre les industries locales, le gouvernement et la communauté [13].
Il faut aussi souligner la réutilisation de gypse de l’usine chimique pour l’amendement des sols, la réutilisation de chaux poussière des fours de cimenterie pour la désulfuration, la réutilisation de fumée de silice à partir de l’alumine fondue et producteur de la zircone, la réutilisation de l’acide chlorhydrique et la réutilisation des cendres volantes [14] [15]. Concernant les sélections des partenaires, les critères de sélection comprennent les volumes potentiels de matériaux réutilisables, l’entreprise et la durabilité des échanges, et le travail déjà accompli par les industries individuelles [14]. Cela signifie que des synergies seraient décidées indépendamment par chaque industrie, et donc, nous pouvons souligner qu’il n’y a pas de stratégies d’optimisation globale à Kwinana.
Parc Kawasaki, Japon
Ce projet de Kawasaki a été lancé depuis 1997. Le niveau de symbiose actuelle de Kawasaki . Les données de Kawasaki ne sont pas toutes révélées en raison de secrets industriels. Bien que ces données soient incomplètes, au moins 56 500 tonnes de déchets des sites d’enfouissement ou d’autres formes de gestion des déchets ont été assurées d’être valorisées par des échanges dans le parc éco-industriel de Kawasaki [17]. En vertu d’un projet national japonais, le programme Eco-Town, deux clés de succès du projet Kawasaki sont ses investissements dans les installations de recyclage et la diversification des industries existantes. Cinq installations de recyclage ont été établies sur des sites de l’industrie des matériaux en vue de l’introduction d’entreprises qui ont des technologies respectueuses de l’environnement. Les cinq installations comprennent des systèmes de recyclage : deux déchets consommant des déchets plastiques en tant que contribution aux haut-fourneaux pour la production d’ammoniac, une installation de recyclage de papier, un centre de recyclage du PET-à-PET, et un centre de transfert des déchets plastiques dans des cadres de prise du béton [18].
Les stratégies de diversification dans les industries japonaises ont favorisé et encouragé les développements symbiotiques à Kawasaki, par exemple les aciéries et les cimenteries [17]. Précisément, DC Ciment industrie l’a fait avec son programme actif pour une utilisation de carburants de remplacement, comme les plastiques mélangés spécifiquement, déchets organiques, et la suie, BF laitier est utilisé comme substitut de clinker, et d’autres matières premières comme les boues et les sols construction. Le groupe JFE s’est diversifié dans son cœur de métier, par exemple l’utilisation de matières plastiques en tant qu’alternative BF réducteur.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre1. État de l’art de parc éco-industriel
1.1. Développement durable et écologie industrielle
1.2. Symbiose industrielle et parc éco-industriel (PEI)
1.3. Exemples des parcs éco-industriels
1.3.1. Parc Kalundborg, Danemark
1.3.2. Parc Kwinana, Australie
1.3.3. Parc Kawasaki, Japon
1.3.4. Parc Tianji et Parc Guangxi, Chine
1.3.5. Parc Porto Rico, États-Unis
1.4. Taxonomie et résumé des parcs éco-industriels
1.4.1. Type 1 : échanges des déchets à une troisième partie
1.4.2. Type 2 : échanges des matières principalement dans l’intérieur d’une organisation
1.4.3. Type 3 : échanges principes parmi les entreprises colocation dans un parc éco-industriel définie
1.4.4. Résumé et challenge des parcs éco-industriels
1.5. Modèles d’optimisation d’écologie industrielle
1.5.1. Modèles des exemples pour l’écologie industrielle
1.5.2. Taxonomie et résumé sur les modèles d’optimisation d’écologie industrielle
1.6. Outils informatiques pour parcs éco-industriels
1.6.1. Presteo, Suisse
1.6.2. IEPT-Industrial Ecology Planning Tool, États-Unis
1.6.3. e-Symbiosis, Royaume-Uni/Grèce
1.6.4. IUWAWM of Institute of Eco-Industrial Analysis Waste Manager, Allemane
1.6.5. MatchMaker!, États-Unis
1.6.6. SymbioGIS, Suisse
1.6.7. RUES- Residual Utilization Expert System, États-Unis
1.6.8. DIME-Dynamic Industrial Materials Exchange Tool, États-Unis
1.6.9. KBDSS-Knowledge Based Decision Support System, Nouvelle-Zélande/Canada
1.6.10. CRISP-Core Resource for Industrial Symbiosis Practitioners, Royaume-Uni
1.6.11. Taxonomie et résumé sur les outils informatiques pour parcs éco-industriels
Chapitre2. État de l’art de CSC-Captage et Stockage du Carbone et CCU-Carbone Captage et réUtilisation
2.1. Technologie Captage et Stockage du Carbone (CSC)
2.1.1. Introduction de la technologie Captage et Stockage du Carbonne (CSC)
2.1.2. Captage et Compression de la technologie CSC
2.1.3. Transport de la technologie CSC
2.2. Technologie Carbone Captage et réutilisation (CCU)
2.2.1. CCU-La culture d’algues
2.2.1.1. Introduction de la technologie CCU pour la culture d’algues
2.2.1.2. Coûts liés de la technologie CCU pour la culture d’algues
2.2.2. CCU-La minéralisation de carbonate
2.2.2.1. Introduction de la technologie CCU pour la minéralisation de carbonate
2.2.2.2. Coûts liés de la technologie CCU pour la minéralisation de carbonate
2.2.3. CCU-La bauxite résidu carbonatation
2.2.3.1. Introduction de la technologie CCU pour la bauxite résidu carbonatation
2.2.3.2. Coûts liés de la technologie CCU pour la bauxite résidu carbonatation
2.2.4. CCU-La transformation des polymères
2.2.4.1. Introduction de la technologie CCU pour la transformation des polymères
2.2.4.2. Coûts liés de la technologie CCU pour la transformation des polymères
2.2.5. CCU-Le durcissement de béton
2.2.5.1. Introduction de la technologie CCU pour le durcissement de béton
2.2.5.2. Coûts liés de la technologie CCU pour le durcissement de béton
2.2.6. CCU-La production de carburant liquide
2.2.6.1. Introduction de la technologie CCU pour la production de carburant liquide
2.2.6.2. Coûts liés de la technologie CCU pour la production de carburant liquide
2.2.7. CCU-Le rendement de l’urée stimulé
2.2.7.1. Introduction de la technologie CCU pour le rendement d’urée stimulé
2.2.7.2. Coûts liés de la technologie CCU pour le rendement d’urée stimulé
2.2.8. Résumé de la technologie CCU
Chapitre3. Résumé de la méthode du Branch-and-Cut
3.1. La méthode du Branch-and-Bound
3.2. La méthode du Cutting-Plane
3.3. La méthode du Branch-and-Cut
3.3.1. Algorithme général du Branch-and-Cut
3.3.2. Les différences entre la méthode du Branch-and-Bound et la méthode Branch-and-Cut
3.3.3. La méthode du Branch-and-Cut dans CPLEX
Chapitre4. Modélisation d’un parc éco-industriel, modèle I
4.1. Modélisation du coût de transport du dioxyde de carbone
4.1.1. Modélisation du coût de transport du dioxyde de carbone en transporteur routier
4.1.1.1. Le coût fixe de transport du dioxyde de carbone en transporteur routier
4.1.1.2. Le coût du carburant consommé durant le transport sans charge en transporteur routier
4.1.1.3. Le coût du carburant consommé durant le transport avec charge en transporteur routier
4.1.1.4. L’expression du coût de transport du dioxyde de carbone en transporteur routier
4.1.2. Modélisation du coût de transport du dioxyde de carbone en pipeline
4.1.2.1. Modélisation du coût d’investissement et coût d’opération et maintenance d’un pipeline onshore de transport du dioxyde de carbone
4.1.2.2. Modélisation du coût capital et coût d’opération et maintenance d’une station pompage
4.1.3. Résumé de la modélisation de transport du dioxyde de carbone dans un parc éco-industriel
4.2. Coût du Captage CO2
4.2.1. Les centrales
4.2.2. Industries de fer et d’acier
4.2.3. Industries de raffineries
4.2.4. Industries de ciment
4.3. Concept et modélisation d’un parc éco-industriel
4.3.1. Conception de industries du type ‘source CO2’
4.3.2. Conception de industries du type ‘client CO2’
4.3.3. Variables, contraintes et objectif de la modélisation d’optimisation pour les parcs éco-industriels
4.3.3.1. Pour les industries du type source CO2
4.3.3.2. Pour les industries du type client CO2
4.3.3.3. Pour les échanges entre les industries
4.3.3.4. La performance économique d’un parc éco-industriel
4.3.3.5. Fonction d’objective du modèle d’optimisation pour un parc éco-industriel
4.3.4. Résumé de la modélisation
4.4. Exemple numérique
4.4.1. Fiches des données initiales nécessaires
4.4.2. La résolution
4.4.3. Analyse de la résolution
Conclusion
