Gestion des REssources et des ENergieS par la Conception Optimale des Parcs Eco-industriels – GREENSCOPE

En apportant des outils de conception via l’optimisation mathématique, ce projet vise à développer une procédure de modélisation et d’optimisation multiobjectif, pour la conception de parcs éco-industriels durables en prenant en compte les freins identifiés à leur développement. Un modèle basé sur une superstructure a été formalisé, formulé et résolu.
A l’issue de l’optimisation les échanges sont matérialisés par : de la vapeur (différents niveaux de pression), de l’électricité (provenant d’énergies renouvelables ou du réseau), d’eau. Il peut être utilisé pour la conception initiale d'un écoparc mais également pour la re-conception (ou remodelage) d'un réseau existant. La formulation linéaire du problème (MILP) permet de traiter des cas d’étude complexes. Afin de valider cette formulation, un cas d’étude incluant 15 industries a été choisi afin de tester et valider les méthodes développées. Pour garantir que les réseaux conçus selon des conditions opératoires nominales prévues à la phase de conception puissent rester durables tout au long de la durée de vie du réseau, une procédure de conception est développée pour concevoir des réseaux flexibles, capables de faire face à des perturbations. En conclusion, une procédure d’optimisation multiobjectif globale est proposée afin de synthétiser tous les axes de développement étudiés au cours de ce projet.

Le projet GREENSCOPE a permis de développer une méthode originale robuste, systémique et complète pour aider et assister dans la conception des écoparcs. Par rapport aux autres outils existants, une modélisation fine des procédés de chaque entreprise est réalisée afin d’augmenter les possibilités d’échanges inter-entreprises. Le modèle mathématique, également basé sur les concepts de la théorie des jeux permet à la fois de concevoir les échanges au sein de chaque industrie ainsi que les échanges inter-entreprises. Sur un cas d’étude validé, la méthodologie permet de faire économiser 15% de leur coût (investissement et fonctionnement) à chaque entreprise et 18% de l’empreinte environnementale d’une zone industrielle (baisse de consommation des ressources et baisse du GWP-Global Warming Potential). Les avancées du projet GREENSCOPE ont permis de développer un modèle innovant de gestion des symbioses industrielles. A ce titre, le LGC a été sollicité pour rédiger un projet ciblé dans le cadre du PEPR SPLEEN (Décarbonation de l’industrie). La porteuse du projet, Marianne Boix a ainsi pu soumettre un projet ciblé (« ACT-4-IE ») d’un montant de 1,44 M€ sur la poursuite des objectifs de GREENSCOPE.

Les travaux futurs vont devoir prendre en compte le comportement des acteurs dans le parc et l’insertion de ce dernier dans le territoire (impacts sociaux, environnementaux, politiques). Par des approches collaboratives notamment, il sera ainsi question de favoriser l’acceptabilité sociale et sociétale des projets de développements industriels soutenables.

Boix, M.; Negny, S.; Montastruc, L.; Mousqué, F. Flexible networks to promote the development of industrial symbioses: a new optimization procedure. Computers and Chemical Engineering. 2023, 169, 108082.

Salas, D.; Cao Van, K.; Aussel, D.; Montastruc, L. Optimal design of exchange networks with blind inputs and its application to Eco-industrial parks. Computers and Chemical Engineering. 2020, 143, 107053.

Mousqué, F.; Boix, M.; Montastruc, L.; Domenech, S.; Negny, S. Optimal Design of Eco-Industrial Parks with coupled energy networks addressing Complexity bottleneck through an Interdependence analysis. Computers and Chemical Engineering. 2020, 138, 106859.

Mousqué, F.; Boix, M.; Négny, S.; Montastruc, L.; Domenech, S. On-grid Hybrid Power System and Utility Network planning to supply an Eco-Industrial Park with dynamic data. Computer Aided Chemical Engineering. 2019, 46, 1717-1722.

Les dernières directives politiques françaises encouragent vivement le développement de projets de recherche qui visent à répondre aux nouvelles problématiques environnementales et économiques. La crise économique (augmentation du taux de chômage, baisse de compétitivité des industries…) qui frappe de nombreux pays industrialisés et le contexte environnemental actuel (appauvrissement des ressources naturelles, impacts environnementaux croissants…) font qu’il devient urgent de mettre en œuvre des solutions innovantes pour stimuler la croissance dans un contexte de développement durable. Le développement d’une nouvelle organisation des industries, de leur territoire d’implantation et de leur intégration dans ce territoire s’avère fondamental pour mener à bien cet objectif. Une des solutions disponibles réside dans la mise en œuvre des concepts de l’écologie industrielle et territoriale. Elle permet notamment de répondre à l’enjeu de transition écologique par une approche systémique d’optimisation de l’interopérabilité (flux d’échanges d’eau, d’énergie ou de déchets) des différents acteurs d’un même territoire (industries, administrations, municipalité…).
Le projet GREENSCOPE vise à développer une méthodologie de modélisation et d’optimisation multiobjectif d’écosystèmes industriels basée sur les concepts mathématiques de la théorie des jeux afin de proposer des solutions qui prennent en compte la notion de risque, de flexibilité et la compétitivité des entreprises à travers la notion d’équilibre. Ceci permettra de redynamiser les industries d’un territoire tout en réduisant les impacts environnementaux et la consommation des ressources sur celui-ci.
L'approche développée vise à favoriser les systèmes basés sur une économie circulaire qui s’imposent aujourd’hui comme une nécessité. La finalité est de développer et de mettre en œuvre des outils permettant d’assurer la rentabilité de ces systèmes ainsi que leur pérennité. De nouvelles collaborations doivent ainsi être développées au sein de mêmes territoires afin d’assurer la circularité des matières (eau, matières premières) et des énergies (renouvelables ou non). Ce projet élargit également la notion de système éco-industriel, limitée jusqu’alors aux seules industries incluses dans le parc, et l’étend à l’environnement naturel et sociétal avec lequel interagit le parc. L’écoparc n’est pas vu ici comme un système isolé mais bien comme un système totalement intégré dans l’environnement qui l’entoure.
La conception des parcs éco-industriels est d’une part liée à des notions de réseaux et à des problèmes d’optimisation afin de concevoir une interopérabilité optimale. De plus, le cas de l’optimisation des parcs éco-industriels est bien particulier puisqu’il fait intervenir de nombreux acteurs, chacun œuvrant pour leur objectif (par exemple, un critère économique pour chaque industrie et un critère environnemental pour la communauté considérée dans sa globalité). C’est pour pallier ces différents obstacles qu’une approche novatrice est développée dans ce projet, grâce à l’apport des mathématiques et des notions d’équilibre de Nash, totalement adaptés à ce type de problème. Il est également nécessaire d’utiliser des indicateurs environnementaux pertinents qui prennent en compte l’intégration du parc dans un système plus global. Cette approche a pour but de proposer des solutions favorisant les échanges inter-entreprises dans une dynamique collective tout en optimisant les gains propres à chaque participant. Ceci favorise la flexibilité et la compétitivité des entreprises à travers la notion d’équilibre dans un contexte de développement durable. Le but est enfin de redynamiser le territoire par la maitrise de la consommation des ressources naturelles.