Le défi des matières premières dans la transition énergétique : modélisation des secteurs de la production d'énergie et du bâtiment
Auteur / Autrice : | Hugo Le Boulzec |
Direction : | Olivier Vidal, Sandrine Mathy |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement |
Date : | Soutenance le 06/07/2022 |
Etablissement(s) : | Université Grenoble Alpes |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble, Isère, France ; 1992-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut des sciences de la Terre (Grenoble) |
Jury : | Président / Présidente : Laurent Truche |
Examinateurs / Examinatrices : Florian Fizaine, Emmanuel Hache | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Ester Van Der Voet, Francesco Ricci |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
Notre société repose sur un large éventail d'installations fournissant des biens et des services. Elles sont composées d’importantes quantités de matériaux, utilisés avec une intensité et une complexité croissantes. La demande en métaux et minéraux de notre société est étudiée dans le domaine de l'écologie industrielle, au sein duquel de nouvelles approches ont émergé, tels que le nexus des ressources et le métabolisme social. La transition énergétique actuelle représente un défi important au sein de ce champ de recherche. Synonyme de changements sectoriels, elle pourrait se traduire par le passage d'une dépendance aux matériaux énergétiques à celle aux minéraux et aux métaux. La dépendance en matériaux de notre société est abordée dans un nombre croissant d'études. Une revue de la littérature a permis d'identifier les principaux enseignements et lacunes dans une sélection d’études publiées entre 2000 et 2021. Cette thèse propose une approche s’inscrivant dans quatre lacunes identifiées: (1) le manque d'études prospectives dans un contexte de transition bas carbone, (2) le manque d'analyse du lien entre énergie et matériaux, (3) le manque de modélisation de certains secteurs et (4) le nombre limité d'études proposant des solutions afin de diminuer les impacts des matériaux. Ce travail s’inscrit dans un projet plus large de modélisation multisectorielle des matériaux : le modèle DyMEMDS (Dynamic Modeling of Energy, Materials Demand and Supply).Dans un premier article publié, nous montrons que le rythme de développement et la faible durée de vie des technologies renouvelables entraînent une augmentation substantielle de la demande en matériaux. Celle-ci reposerait sur des matériaux primaires, le potentiel de recyclage restant limité. Dans un second article soumis, nous réalisons la première modélisation dynamique de la chaîne d'approvisionnement en combustibles fossiles. Nous estimons les besoins en matériaux ainsi que la demande énergétique et les émissions de CO2 associées à leur production de 1950 à 2050 dans deux scénarios. Nous constatons que le gaz est le principal moteur de la demande de matériaux et que l'acier recyclé provenant des infrastructures de combustibles fossiles démantelées pourrait répondre aux besoins cumulés des futures technologies de production d’énergie renouvelable dans certains scénarios. Pour cela, des stratégies ambitieuses de démantèlement sont nécessaires. Dans un troisième article soumis, nous présentons les résultats d'une modélisation dynamique et multirégionale du secteur du bâtiment de 1950 à 2100 dans sept scénarios. L'originalité de ce travail repose à la fois sur l'estimation de la demande en matériaux dans la rénovation thermique, et sur l'analyse du potentiel des matériaux bas-carbone pour réduire la demande énergétique et l'impact environnemental. Nous montrons que la rénovation thermique représenterait une faible part de la croissance de la demande en matériaux, et que l'énergie nécessaire à la production des matériaux de rénovation s'élèverait à environ 1% des économies d'énergie. La consommation d'énergie de la demande de matériaux pourrait remettre en question la faisabilité de certains scénarios, mais le recyclage des déchets de béton et des matériaux bas-carbone pourrait apporter des solutions.Les trois études sectorielles mettent en évidence l'augmentation significative de la demande en matériaux dans les secteurs du bâtiment et de l'énergie en raison de la combinaison de la transition bas-carbone et de la croissance de la population et du PIB par habitant. Cela pourrait se traduire par une augmentation de la demande énergétique et de l'impact environnemental de la production de matériaux. Cette thèse souligne le rôle (1) de la collecte et du recyclage et (2) des matériaux bas-carbone pour améliorer la durabilité de l'utilisation des matériaux. Cependant, des politiques locales et ambitieuses sont nécessaires de toute urgence pour mettre en œuvre ces solutions avec succès.