Analyse de l'endogénéité entre technologies de la transition environnementale et la disponibilité des matières premières pour la préconisation industrielle et les solutions de recherche de rupture

Analysis of the endogeneity between technologies of the environmental transition and the availability of raw materials for industrial recommendations and breakthrough research solutions

• Auteur / Autrice : Gaël Parpan
• Direction : Stéphane Delalande, Yves Jegourel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur spécialité Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pimm - Laboratoire Procédés et ingénierie en mécanique et matériaux
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : Conservatoire national des arts et métiers (France)

Mots clés

Mots clés libres

Matières premières

Économie

Modélisation

Environnement

Guides pour la préparation de l'avenir

Biomatériaux

Raw materials

Economy

Modeling

Environment

Guide to make future

Biomaterials

Résumé

Depuis la fin des années 2000, la réduction de l'impact environnemental de l'activité humaine est devenue une nécessité aussi incontestable qu'une urgence planétaire. Au début du 21e siècle, un accent particulier est mis sur la réduction des émissions de gaz à effet de serre dans l'atmosphère et sur la limitation de l'utilisation de ressources non renouvelables. Ces contraintes extérieures, essentielles à la préservation de l'Humain sur notre planète, incitent les responsables politiques à orienter la société vers des solutions technologiques et industrielles permettant une réduction de l'impact environnemental de ses activités. Celles-ci s'inscrivent dans deux schémas principaux : l'essor de l'électromobilité et le soutien au développement des énergies renouvelables d'une part, et le remplacement des matériaux issus des ressources fossiles par des matériaux biosourcés d'autre part. Ces différentes technologies reposent sur l'utilisation de matières premières dont la disponibilité physique n'est guère remise en cause mais qui, dans le cadre d'une utilisation massive et mondialisée, sont aujourd'hui considérées comme critiques. Un certain nombre de rapports internationaux (comme l'Agence internationale de l'énergie) ou d'articles scientifiques ont souligné l'importance des risques de disponibilité à long terme pour un certain nombre de minéraux et de métaux. Tant que les demandes se voulaient confidentielles pour réduire l'impact environnemental de certains produits, les quantités affichées de biomasse disponible sur terre semblaient illimitées. Au-delà des ressources minérales ou agricoles, c'est aussi l'utilisation des terres qu'il faut analyser. Conséquence d'une demande croissante et d'une offre restreinte, elle peut entraîner des prix plus élevés et imposer alors une nouvelle évolution/percée technologique, comme les mutations observées au sein de la technologie Lithium-ion nickel, manganèse, cobalt (NMC 811 vs NMC 111), par exemple. Reconnaissant l'importance de cette endogénéité entre les choix technologiques, la disponibilité des ressources et le rapport prix/coût (y compris l'existence d'externalités environnementales négatives) des ressources naturelles et des matières premières, le sujet proposé souhaite pouvoir apporter une vision globale des impacts des orientations technologiques stratégiques qui pourraient poser de sérieux problèmes sur l'équilibre des systèmes économiques et écologiques. En outre, il est proposé de développer des modèles génériques combinant les choix technologiques, l'épuisement des matériaux et l'impact sur la rentabilité technologique. Les travaux porteront sur des matériaux tels que le cuivre, l'aluminium, le nickel, le chrome, les BPF, le manganèse et les bioressources afin de fournir les premières réponses aux lignes directrices actuelles. Un tel outil permettra également d'orienter, à long terme, les thèmes de recherche prioritaires pour les entreprises. De ce point de vue, ce travail doctoral doit pouvoir mettre en évidence, dans les choix technologiques de demain, tous les compromis possibles entre efficacité technologique, maîtrise des coûts et minimisation des externalités environnementales (voire sociétales) négatives.

Since the end of the two thousand years, reducing the environmental impact of human activity has become everything as much an indisputable necessity as a planetary emergency. At the beginning of the 21st century, particular focus is on the reduction of greenhouse gas emissions into the atmosphere and also on limiting the use of non-renewable resources. These external constraints, which are essential to the preservation of Human on our planet, encourage politicians to steer society towards solutions technological and industrial allowing a reduction in the environmental impact of its activities. These are part of two main patterns: the rise of electromobility and support for the development of renewable energies on the one hand, and the replacement of materials from fossil resources by bio-based materials on the other hand. These different technologies are based on the use of raw materials whose physical availability hardly questioned but which, in the context of a massive and globalized use, are now considered critical. Number of international reports (such as the International Energy Agency) or scientific articles have highlighted the importance of long-term availability risks for a number of minerals, and metals. As long as the applications were intended to be confidential to reduce the environmental impact of some products, the displayed quantities of biomass available on earth seemed unlimited. Beyond mineral or agricultural resources, it is also the use of land that should be analyzed. Consequence of a rising demand and constrained supply, it can result in higher prices and impose then a new technological evolution/breakthrough, like the mutations observed within the technology Lithium-ion nickel, manganese, cobalt (NMC 811 vs NMC 111), for example. Acknowledging the importance of this endogeneity between technological choices, the availability of resources and the price/cost (including the existence of negative environmental externalities) of resources natural and raw materials, the proposed subject wishes to be able to bring a global vision of the impacts of strategic technological orientations which could pose serious problems on the balance to economic and ecological systems. In addition, it is proposed to develop generic models combining technological choices, depletion in materials and impact on technology profitability. The work will focus on materials such as copper, aluminum, nickel, chromium, GMPs, manganese and bioresources to provide first responses to current guidelines. Such a tool will also make it possible to guide, in the long term, the priority research themes for companies. From this point of view, this doctoral work must to be able to highlight, in the technological choices of tomorrow, all the possible trade-offs between technological efficiency, cost control and minimization of environmental externalities (or even societal) negative.