Développement d’une approche multidimensionnelle dédiée à l’évaluation et à la planification des symbioses industrielles par l’intégration de l’analyse des réseaux écologiques

Barrau, Enora (2023). Développement d’une approche multidimensionnelle dédiée à l’évaluation et à la planification des symbioses industrielles par l’intégration de l’analyse des réseaux écologiques. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation

PDF Télécharger (4MB) | Prévisualisation

Résumé

Les symbioses industrielles et territoriales sont des modes d’organisation de la production inspirés des écosystèmes naturels, mobilisés pour répondre aux enjeux relatifs aux changements climatiques et à la raréfaction des ressources. Par le principe de bouclage des flux, ces modèles entendent diminuer les impacts environnementaux des systèmes de production et l’utilisation de matières premières vierges. Actuellement, ces systèmes sont principalement étudiés sous deux angles, la structure des réseaux et leur fonctionnement. Ceuxci entendent respectivement comprendre les conditions favorables au déploiement des réseaux et estimer leurs bénéfices, en particulier environnementaux.

Considérant que les systèmes symbiotiques sont des systèmes complexes qui s’inscrivent dans le temps et l’espace, l’approche suivie dans ce projet de recherche propose une analyse systémique afin d’appréhender la complexité et de planifier l’évolution de ces systèmes. L’objectif général du projet est donc de développer une approche dédiée à l’évaluation de la performance et à la planification de l’évolution des symbioses industrielles et territoriales, en mobilisant la méthode d’analyse des réseaux écologiques pour aborder la dimension structurelle. Pour y répondre, le projet se déploie en trois volets, chacun répondant à un objectif spécifique. Les premier et deuxième volets ont pour ambition de développer un cadre d’analyse multidimensionnel incluant les deux angles d’étude, traditionnellement abordés en silo. Appliqué à l’échelle industrielle (volet 1) et territoriale (volet 2), le cadre proposé pose la dimension structurelle des réseaux en regard des dimensions environnementale et territoriale. L’analyse des réseaux écologiques est ensuite mobilisée pour mener une analyse statistique (volet 3) dans le but de caractériser les réseaux à partir de la répartition des volumes des flux. En prenant comme référence la performance de systèmes naturels, cette caractérisation permet de définir des directions d’évolution que les systèmes devraient suivre afin que leurs bénéfices soient maintenus.

À travers une approche par scénarios, les résultats des différents volets montrent que le type de configuration d’un réseau (son agencement) influence davantage sa performance structurelle que fonctionnelle (environnementale ou territoriale), cette dernière étant plutôt influencée par l’intensité des échanges. L’analyse multidimensionnelle à l’échelle industrielle ou territoriale montre que l’évaluation structurelle est un complément à l’optimisation environnementale : elle amène à envisager la performance des systèmes comme une somme de sous-systèmes non-optimaux contribuant à l’atteinte d’un optimum global. L’étude des directions d’évolution montre qu’orienter l’évolution d’un réseau à partir de la répartition des volumes se révèle nécessaire mais non suffisant à la garantie d’un système performant.

L’approche proposée dans le projet de recherche contribue à l’analyse systémique des systèmes symbiotiques tout en proposant des amorces de solutions pour orienter leur évolution et être en mesure d’assurer une continuité de performance, qu’elle soit structurelle ou fonctionnelle. Ce cadre d’analyse est applicable au-delà des symbioses et est une contribution à une forme d’évaluation de la résilience des systèmes anthropiques, par la diversité des angles d’approche qu’il propose. Cette diversité dans l’évaluation de la performance pourrait aussi être un premier pas vers une redéfinition des cadres d’évaluation actuels, qui pourrait accompagner la mise en pratique de nouveaux paradigmes, tels que l’économie circulaire.

Titre traduit

Multidimensional approach development for the assessment and the planification of industrial symbioses based on the integration of the ecological network analysis

Résumé traduit

Industrial and regional symbioses are biologically inspired strategies that aim at mitigating climate change and resources limitation by creating exchanges networks. These systems are mainly studied with a structural and a functional approach, that are led independently. The first one aims at understanding the conditions of symbiosis development and success while the second one intends to quantify their benefits, mainly environmental.

The proposed approach intends to address symbiotic systems complexity and evolution. Thus, the main goal of this research project is to develop a systemic approach to assess the performance and to plan the evolution of symbiotic systems by integrating the ecological network analysis as a method to address the structural dimension. To do so, the project is divided in three parts: the first and second parts develop a multidimensional analysis framework which join the structural and functional approach. Applied to the industrial (part 1) and territorial (part 2) scales, this framework puts the structural aspect of networks in regard of the environmental and territorial dimensions. The ecological network analysis is then mobilized to provide a statistical analysis (part 3) that aims at characterizing networks depending on the flows volume distribution. This characterization allows to define targets for the evolution trajectories that would help systems to evolve while staying in a range of performance close to the natural ecosystems one.

Following a scenario approach, the results showed that the network configuration influenced the structural performance more than the functional one. The latter was more related to the networks’ exchanges density. The multidimensional analysis, both at the industrial and regional scale, showed that the structural dimension is complementary to the environmental and regional analysis: it encouraged to consider the systems performances as the combination of non-optimal subsystems that contribute to achieve the global optimum. The evolution trajectories study showed that the volume distribution among the network exchanges can help but is not sufficient to guarantee the system performance.

The proposed approach contributed to the systemic analysis of symbiotic systems by considering their complexity while offering directions to guide their evolution to maintain their performance, either structural or functional. The framework is not only applicable on symbioses but on any system and contribute, by the diversity of dimensions examined, to the resilience assessment of anthropic systems. This diversity in the performance assessment could be considered as a first step toward redefining the current frameworks that could go along with the new paradigms that are gaining importance, such as circular economy.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thèse présentée à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention du doctorat en génie". Comprend des références bibliographiques (pages 133-152).
Mots-clés libres:	symbioses industrielle et territoriale, analyse multidimensionnelle, analyse des réseaux écologiques, évaluation environnementale, approche systémique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Glaus, Mathias
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	16 janv. 2024 14:30
Dernière modification:	16 janv. 2024 14:30
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3343

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt