Évaluation intégrée des conséquences environnementales indirectes de la circularité des matériaux accrue dans les symbioses industrielles multirégionales

La transition à grande échelle vers une économie circulaire est essentielle pour relever les défis planétaires actuels liés aux changements climatiques et à l’épuisement des ressources naturelles. Cette transition implique de profondes réorganisations des interactions entre différentes industries et juridictions, entraînant des perturbations la dynamique concurrentielle des marchés des matières premières et secondaires. Ces perturbations peuvent entrainer des conséquences favorables ou défavorables sur l’environnement selon les spécificités du marché et paysage industriel unique à chaque région. Actuellement, le potentiel de telles conséquences indirectes est largement sous-évalué. Les capacités des méthodes d’évaluation ex ante qui intègrent la circularité dans les flux physiques sont limitées par de basses résolutions spatiales, temporelles et/ou matérielles avec un accent restreint sur les changements climatiques. Ce projet de recherche a pour objectif de développer une méthode d’évaluation intégrée ex ante permettant d’étudier de manière holistique les conséquences environnementales indirectes de l’augmentation de la circularité matérielle au sein de symbioses industrielles multirégionales. La première partie de la thèse présente les fondations conceptuelles et mathématiques d’un nouveau modèle d’optimisation économique de chaînes Matériaux-Produits multirégionales (CMPM) à séries temporelles. Ce modèle permet d’analyser les réactions en chaîne au sein des synergies industrielles qui cherchent à minimiser les coûts liés à leurs approvisionnements en matières premières, de matières secondaires, de résidus et de produits finis en réponse à des initiatives d’économie circulaire. L’élément novateur du modèle CMPM est la combinaison des quatre aspects suivants : (i) la distinction explicite entre les flux de matières et de produits finis et leurs relations causales dynamiques, (ii) l’utilisation d’équations d’équilibre de masse pour relier l’ensemble des chaînes multirégionales de production, consommation et gestion des matières résiduelles, (iii) une décomposition multirégionale de la concurrence de marché des matières premières et de matières secondaires et (iv) l’inclusion de trajectoires de contraintes physiques évoluant dans le temps. L’étude de cas portant sur une augmentation de l’utilisation de matériaux cimentaires dérivés de sous-produits industriels dans la production de ciment dans le nord-est de l’Amérique du Nord révèle des résultats complexes et nuancés. Bien que cette augmentation soit favorable globalement en favorisant l’économie circulaire, les résultats mettent en lumière des conséquences économiques et environnementales inégales entre les régions, créant à la fois des gagnants et des perdants. Cela souligne l’importance de prendre en compte les spécificités régionales et les dynamiques du marché pour maximiser les avantages de la circularité tout en minimisant les externalités négatives. La deuxième partie de la thèse se concentre sur l’examen des trajectoires des conséquences potentielles directes et indirectes sur la santé humaine, la diversité des écosystèmes, la disponibilité des ressources et les changements climatiques résultant de mesures visant à promouvoir la récupération des ressources en boucle fermée et ouverte. Cette analyse repose sur l’utilisation combinée des outils de l’analyse du cycle de vie conséquentielle (ACV-C) et du modèle CMPM. Dans un premier temps, les capacités du CMPM sont mises à profit pour identifier et quantifier l’inventaire du cycle de vie conséquentielle des mesures d’économie circulaire. Ensuite, cet inventaire est associé à la base de données conséquentielle ecoinvent v3.7 et à la méthode de caractérisation ReCiPe 2016 afin de caractériser les variations marginales des flux physiques en impacts potentiels. Le modèle est appliqué à deux mesures de valorisation des déchets de verre post-consommation dans la province de Québec (Canada): (1) l’amélioration des systèmes de récupération des ressources en boucle fermée favorisant un recyclage de bouteille-à-bouteille et (2) le déploiement d’un système en boucle ouverte pour la commercialisation de la poudre de verre comme ajout cimentaire. Les résultats indiquent qu’entre 55% et 94% des bénéfices environnementaux de la décision québécoise sont ressentis au-delà des frontières du Québec, en raison des réactions en chaîne indirectes survenant dans les échanges commerciaux dans l’est de l’Amérique du Nord. La troisième partie de cette thèse fournit des orientations pour prioriser les efforts en vue d’améliorer l’interprétation et la fiabilité des ACV-C. Grâce aux nouvelles capacités de modélisation fournies par le modèle intégré ACV-C:CMPM, une analyse de sensibilité globale basée sur la variance est performée pour identifier et classer les sources d’incertitude les plus influentes parmi les paramètres macroéconomiques, de flux de matières, économiques, de transport et de l’inventaire du cycle de vie. Ensuite, un cadre est proposé pour identifier les sources clés où les efforts de modélisation doivent être priorisés stratégiquement pour considérer l’incertitude des paramètres dans l’interprétation des résultats d’ACV-C, et ce, en fonction des caractéristiques spécifiques des marchés régionaux étudiés. Les résultats soulignent l’importance des variables et hypothèses érigeant les interactions entre l’offre et la demande de produit et de l’intensité de la concurrence horizontale. En résumé, cette thèse élargit la compréhension des implications complexes de la transition vers une économie circulaire à grande échelle. Elle met en évidence l’importance de tenir compte des spécificités régionales et des dynamiques du marché lors de la mise en œuvre de feuilles de route industrielles visant l’accroissement de la circularité des matériaux. Il est essentiel de reconnaître que cette circularité ne se traduit pas de manière uniforme dans toutes les régions, créant à la fois des opportunités et des défis uniques. Cela nécessite des approches intégrées pour les aborder de manière holistique et crédible dans le but ultime de favoriser un avenir plus durable pour notre planète.

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